■ 吳 越 WU Yue

0 引言

近年來(lái)，上海市在落實(shí)裝配式建筑推進(jìn)工作的同時(shí)，積極在裝配式建筑領(lǐng)域推進(jìn)一體化、集成化技術(shù)應(yīng)用。從2020 年開(kāi)始實(shí)施的新版上海市裝配式建筑單體預(yù)制率和裝配率計(jì)算細(xì)則，對(duì)于實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)集成效果的承重墻和非承重外圍護(hù)，在計(jì)算預(yù)制率時(shí)其修正系數(shù)有相應(yīng)加分。此外，2014 年出臺(tái)的《關(guān)于推進(jìn)本市裝配式建筑發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》（滬建管聯(lián)〔2014〕901 號(hào)），給予了夾心保溫裝配式建筑不超過(guò)3%的容積率獎(jiǎng)勵(lì)。雖然，2021 年發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)本市超低能耗建筑發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》（滬建建材聯(lián)〔2020〕541 號(hào)）已將此3%容積率獎(jiǎng)勵(lì)調(diào)整給了超低能耗建筑，但能得到此獎(jiǎng)勵(lì)的項(xiàng)目除了要滿足《上海市超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）》（滬建建材〔2019〕157 號(hào)）的要求，還需采用外墻保溫一體化技術(shù)。即采用外墻保溫一體化技術(shù)，仍是項(xiàng)目獲得此容積率獎(jiǎng)勵(lì)的前提。若外墻保溫一體化項(xiàng)目因自身情況限制實(shí)施超低能耗建筑有難度，還可以考慮只申請(qǐng)1%容積率獎(jiǎng)勵(lì)。目前，上海市認(rèn)定的外墻保溫一體化技術(shù)具體包含：夾心保溫、預(yù)制反打保溫、復(fù)合保溫模板三種形式。對(duì)于上海市寸土寸金的實(shí)際情況，容積率獎(jiǎng)勵(lì)政策對(duì)于開(kāi)發(fā)企業(yè)吸引力極大。

隨著夾心保溫技術(shù)的日益成熟，也受益于前文所述的相關(guān)政策影響，近年來(lái)裝配整體式夾心保溫剪力墻項(xiàng)目數(shù)量不斷提升。另一方面，雖然落地?cái)?shù)量逐年增多，但并不是每一個(gè)項(xiàng)目都是在項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期即考慮到了其技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行的正向設(shè)計(jì)。夾心保溫，作為一種對(duì)設(shè)計(jì)、施工、管理等各環(huán)節(jié)技術(shù)水平都要求較高的保溫形式，需要相關(guān)人員在項(xiàng)目具體實(shí)施前，做好充分準(zhǔn)備[1]。本文結(jié)合某裝配整體式夾心保溫剪力墻工程設(shè)計(jì)實(shí)例，總結(jié)裝配式建筑設(shè)計(jì)及夾心保溫項(xiàng)目應(yīng)注意的一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，為后續(xù)類似項(xiàng)目提供參考。

1 工程概況

本項(xiàng)目建筑面積約145 000 平方米，主要由46 棟3 層、1 棟7 層和10 棟8 層的住宅樓組成。除52#樓東單元采用內(nèi)保溫體系外，其他住宅樓均采用夾心保溫體系。項(xiàng)目中除配套用房采用常規(guī)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)外，其他建筑單體均采用裝配式建造方式，且單體預(yù)制率均超過(guò)40%。項(xiàng)目工程效果鳥(niǎo)瞰圖詳見(jiàn)圖1。

圖1 工程效果鳥(niǎo)瞰圖

2 結(jié)構(gòu)及裝配式設(shè)計(jì)

2.1 裝配式建筑方案的確定

本文主要圍繞項(xiàng)目中的1～46#樓，即46 棟3 層聯(lián)排別墅展開(kāi)。因?yàn)槁?lián)排樓棟數(shù)量較多，本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)初期，便考慮了戶型標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)理念，通過(guò)戶型組合、樓棟歸并等方式，將該46 棟建筑單體分為7 種組合方式。這里需要著重提一下的是：裝配式建筑的高質(zhì)量發(fā)展離不開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化設(shè)計(jì)理念的貫徹與實(shí)施，設(shè)計(jì)人員可從同一開(kāi)發(fā)企業(yè)不同樓盤間的標(biāo)準(zhǔn)化、同一項(xiàng)目中不同樓棟的戶型標(biāo)準(zhǔn)化、具體的構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化幾個(gè)不同的維度來(lái)綜合考慮。項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化程度高，意味著模具數(shù)量的減少，意味著裝配式建筑建造效率的提高和建造成本的降低。另一方面，建筑師常常擔(dān)心裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化會(huì)帶來(lái)建筑多樣性的缺失，但高質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)并不意味著完全的“標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)”。設(shè)計(jì)師可通過(guò)“少規(guī)格、多組合”的方式實(shí)現(xiàn)具有創(chuàng)造性的、新意的裝配式建筑外觀[2]。比較著名的案例，如澳大利亞的波浪大樓，就是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)了具有韻律的外立面。

這46 棟樓的預(yù)制構(gòu)件主要由預(yù)制剪力墻、預(yù)制非承重外圍護(hù)墻、預(yù)制凸窗、預(yù)制樓板組成。在常規(guī)項(xiàng)目的預(yù)制構(gòu)件種類選擇上，樓梯作為一般情況下標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的預(yù)制構(gòu)件，往往會(huì)被作為預(yù)制的優(yōu)先選擇。但因本項(xiàng)目樓梯采用環(huán)繞式三跑樓梯、各層樓梯標(biāo)準(zhǔn)化程度低等原因，樓梯采用現(xiàn)澆形式[3]。因這些樓棟的層數(shù)較低，預(yù)制率指標(biāo)計(jì)算較難滿足要求，故本項(xiàng)目46 棟聯(lián)排的夾心保溫預(yù)制外圍護(hù)墻、預(yù)制凸窗均從首層開(kāi)始做起。

本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)始于2018 年，當(dāng)時(shí)上海市單體預(yù)制率的計(jì)算依據(jù)為《本市裝配式建筑單體預(yù)制率和裝配率計(jì)算細(xì)則(試行)》（滬建建材〔2016〕601 號(hào)）。目前，《上海市裝配式建筑單體預(yù)制率和裝配率計(jì)算細(xì)則》（滬建建材〔2019〕765 號(hào)）已出臺(tái)并實(shí)施，新版計(jì)算細(xì)則，鼓勵(lì)高度集成化的外圍護(hù)和高效的水平預(yù)制構(gòu)件。此鼓勵(lì)方向，具體從新版計(jì)算細(xì)則的兩點(diǎn)調(diào)整可以看出：一方面，新版計(jì)算細(xì)則將砌筑外圍護(hù)墻體同樣納入了預(yù)制率計(jì)算公式的分母；另一方面，新版計(jì)算細(xì)則中，預(yù)制構(gòu)件的修正系數(shù)和預(yù)制構(gòu)件的工業(yè)化程度息息相關(guān)，工業(yè)化水平高的技術(shù)工藝所對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)相應(yīng)也高。對(duì)于實(shí)現(xiàn)了免抹灰、集成保溫、集成外飾面、集成副框（窗框）的預(yù)制墻體，還有額外的修正系數(shù)加分。因此，像本項(xiàng)目這樣，優(yōu)先選擇集成化程度高的預(yù)制外圍護(hù)構(gòu)件，在今后用新版計(jì)算細(xì)則計(jì)算預(yù)制率時(shí)會(huì)更具優(yōu)勢(shì)[4]。

在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，新的容積率獎(jiǎng)勵(lì)政策暫未實(shí)施。近兩年，因《關(guān)于推進(jìn)本市超低能耗建筑發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》的出臺(tái)，實(shí)施保溫一體化的項(xiàng)目若想拿到容積率獎(jiǎng)勵(lì)，項(xiàng)目的外墻、屋面及外窗等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能還需比上海市一般的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求提高15%以上，外墻保溫一體化系統(tǒng)中一體化保溫部分的比例也需要不低于80%。故后續(xù)夾心保溫項(xiàng)目在設(shè)計(jì)時(shí)，一般需考慮部分配合以外保溫材料做模板的保溫形式，在保溫材料不變的情況下保溫層厚度一般也會(huì)有所增加。當(dāng)項(xiàng)目需配合以外保溫材料做模板的保溫做法時(shí)，設(shè)計(jì)師需考慮到外保溫和夾心保溫厚度不同對(duì)外立面造成的影響。平面上，盡量將兩種不同保溫形式的交界面設(shè)置在轉(zhuǎn)角位置。對(duì)于高層項(xiàng)目，可能還會(huì)面臨底下兩層現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)層主要采用外保溫材料做模板、上面預(yù)制層主要采用夾心保溫的設(shè)計(jì)方案[5]，此時(shí)可考慮通過(guò)在接觸面位置合理設(shè)置線條等方式處理。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

本項(xiàng)目各水平預(yù)制構(gòu)件間通過(guò)現(xiàn)澆帶整體澆筑，滿足剛性樓板計(jì)算假定；豎向預(yù)制構(gòu)件間采用裝配式建筑中最為常規(guī)的灌漿套筒連接，設(shè)計(jì)依據(jù)等同現(xiàn)澆理論。也正是因?yàn)檫@個(gè)原因，在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，本項(xiàng)目及一般裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法基本一致，只是在墻體荷載統(tǒng)計(jì)、相關(guān)計(jì)算參數(shù)的設(shè)定上，需結(jié)合裝配式建筑特點(diǎn)進(jìn)行部分調(diào)整[6]。

2.2.1 荷載取值

本項(xiàng)目采用了新版容積率獎(jiǎng)勵(lì)出臺(tái)前上海市夾心保溫墻體的常見(jiàn)厚度取值，即厚度一般最少取為300 mm，其中內(nèi)葉板200 mm 厚為結(jié)構(gòu)受力要求，中間40 mm 的保溫層厚度是根據(jù)節(jié)能計(jì)算獲得，最外側(cè)的60 mm 厚混凝土外葉板主要起保護(hù)作用。其外葉板并不是疊合構(gòu)件，即并不參與整體受力，在計(jì)算時(shí)需作為線荷載輸入。其次，相較傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，裝配式夾心保溫項(xiàng)目的絕大部分外圍護(hù)墻由傳統(tǒng)砌塊材料調(diào)整為夾心保溫預(yù)制混凝土，其容重相較砌塊變化較大，故在非承重外圍護(hù)墻的線荷載輸入時(shí)需加以注意。

2.2.2 部分模型參數(shù)的調(diào)整

（1）我國(guó)目前裝配式建筑的常規(guī)做法，除了鋼結(jié)構(gòu)之外，一般均未實(shí)現(xiàn)同一層內(nèi)所有墻肢的100%預(yù)制。對(duì)于此種同一層內(nèi)混凝土墻肢既有預(yù)制又有現(xiàn)澆的情況，相關(guān)規(guī)范明確：宜對(duì)其中現(xiàn)澆墻肢的水平地震作用彎矩及剪力乘以增大系數(shù)，且該系數(shù)具體不得小于1.1。對(duì)此，有兩種具體處理方式，方式一：利用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的裝配式建筑設(shè)計(jì)模塊，在建模時(shí)明確區(qū)分預(yù)制和現(xiàn)澆部分，軟件將根據(jù)設(shè)置自動(dòng)對(duì)現(xiàn)澆墻肢的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行放大。方式二：通過(guò)直接放大樓層地震力的方式實(shí)現(xiàn)。此項(xiàng)目根據(jù)當(dāng)時(shí)審圖老師的要求，采用了第二種處理方式。

（2）梁剛度放大系數(shù)的變化：考慮到疊合構(gòu)件的剛度相較現(xiàn)澆混凝土梁板較低，故需將中梁和邊梁的放大系數(shù)稍微調(diào)低。此外，梁端負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù)同需相應(yīng)稍微調(diào)低。

（3）上海市目前的裝配式建筑，外圍護(hù)多采用預(yù)制混凝土代替?zhèn)鹘y(tǒng)砌塊，這對(duì)結(jié)構(gòu)本身的整體剛度影響較大，故項(xiàng)目的周期折減系數(shù)需適當(dāng)微調(diào)降低。

2.2.3 項(xiàng)目超限情況

本項(xiàng)目2#樓存在平面凹凸不規(guī)則、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則及樓板局部不連續(xù)的情況，53#樓存在平面凹凸不規(guī)則、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則及豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)的情況，項(xiàng)目針對(duì)這兩棟樓進(jìn)行了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防專項(xiàng)評(píng)審。

結(jié)合兩棟樓的具體不規(guī)則情況，對(duì)結(jié)構(gòu)的薄弱部位采取了必要的加強(qiáng)措施，如：針對(duì)結(jié)構(gòu)平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，在設(shè)計(jì)時(shí)加高了外圍框架梁高度，進(jìn)而改善結(jié)構(gòu)整體抗扭性能；針對(duì)樓板局部不連續(xù)，加厚關(guān)鍵部位的樓板厚度至130 mm，并加大樓板配筋，同時(shí)補(bǔ)充樓板有限元應(yīng)力分析；針對(duì)豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)的問(wèn)題，將轉(zhuǎn)換構(gòu)件的抗震構(gòu)造措施等級(jí)提高一級(jí)，并補(bǔ)充了小震下的彈性時(shí)程分析。

超限的兩棟單體，具體采用了PMSAP 和盈建科兩個(gè)分析程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析。采用了扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的陣型分解反應(yīng)譜法，考慮了單向地震作用下±5%的偶然偏心和雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。經(jīng)計(jì)算，2#樓和53#樓的結(jié)構(gòu)構(gòu)件在多遇地震下均處于彈性工作狀態(tài)。此外，還利用盈建科補(bǔ)充選用了五條天然地震波及兩條人工波進(jìn)行彈性時(shí)程分析，分析的結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)無(wú)薄弱層。

2.3 裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）連接件對(duì)于夾心保溫墻板的正常、安全使用至關(guān)重要，我國(guó)目前使用最廣泛的兩種連接件主要是依據(jù)材料性質(zhì)進(jìn)行的分類，一類是金屬連接件；一類是以玻璃纖維塑料，即FRP 為代表的非金屬連接件。兩種材料相比，非金屬連接件導(dǎo)熱率小，造價(jià)相對(duì)較低，但對(duì)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)業(yè)工人質(zhì)量控制要求相對(duì)較高[7]。本項(xiàng)目最終采用的是金屬連接件。

（2）結(jié)合目前上海市保溫一體化專家評(píng)審的要求及相關(guān)預(yù)制率指標(biāo)計(jì)算要求，采用夾心保溫形式的裝配式建筑，預(yù)制外圍護(hù)墻常常兜圈布置。故在轉(zhuǎn)角處可能會(huì)出現(xiàn)角部相鄰預(yù)制墻體相互碰撞的問(wèn)題。此時(shí)，如未采取適當(dāng)?shù)奶幚矸绞?，預(yù)制構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)吊裝安裝過(guò)程中將會(huì)發(fā)生相互磕碰甚至損壞的情況。此時(shí)，正確的處理方式為：需在緊鄰的兩個(gè)預(yù)制構(gòu)件間設(shè)置施工空隙，寬度一般取為20 mm。具體又有兩種處理方式，一種是將其中一邊的構(gòu)件后退，另一種是將其中一邊構(gòu)件的角部做成缺口，本項(xiàng)目采取了方式一，具體如圖2 所示。

圖2 施工空隙設(shè)置方式

（3）對(duì)于預(yù)制剪力墻板的水平外伸鋼筋，當(dāng)現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件縱筋采用綁扎搭接時(shí)，預(yù)制墻板的水平外伸鋼筋宜設(shè)計(jì)為開(kāi)口形式，錨固長(zhǎng)度不低于0.8laE，具體見(jiàn)圖3。另一種情況，若預(yù)制墻板水平外伸鋼筋采用封閉形式，現(xiàn)澆段構(gòu)件縱筋宜采用焊接或機(jī)械連接形式，且機(jī)械連接需采用I 級(jí)接頭，否則現(xiàn)澆段下端水平筋在現(xiàn)場(chǎng)擺放時(shí)將存在困難。而且，此時(shí)，節(jié)點(diǎn)鋼筋的放置順序十分重要，具體應(yīng)該為：先進(jìn)行預(yù)制墻體的吊裝及安裝，之后擺放現(xiàn)澆段的水平筋，最后插縱筋。此順序宜直接體現(xiàn)在圖紙中，并在施工技術(shù)交底時(shí)予以再次明確。否則，可能會(huì)出現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)工人將封閉箍筋先剪斷再焊接的方式，有的甚至后續(xù)不再進(jìn)行焊接，造成質(zhì)量隱患。近年來(lái)，預(yù)制墻板水平外伸鋼筋采用開(kāi)口形式的項(xiàng)目數(shù)量越來(lái)越多。

圖3 預(yù)制剪力墻水平外伸鋼筋開(kāi)口做法

由此也能看出，對(duì)于裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅需要具備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的豐富與否也具有較高要求。作為裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，我們需要多思考，多去施工現(xiàn)場(chǎng)參觀學(xué)習(xí)?；蚴嵌嗬肂IM 進(jìn)行施工模擬，方便設(shè)計(jì)人員能夠更快速的對(duì)施工工藝和工序產(chǎn)生直觀的了解。

（4）預(yù)制剪力墻的豎向連接，是直接關(guān)系到裝配式建筑質(zhì)量的重要連接部位，其現(xiàn)場(chǎng)施工的難點(diǎn)主要存在于現(xiàn)澆轉(zhuǎn)預(yù)制的轉(zhuǎn)換層中。為保證此層的施工質(zhì)量，施工圖紙中應(yīng)包含轉(zhuǎn)換層的插筋布置圖，出圖前一定要最后核對(duì)此圖，嚴(yán)防在深化設(shè)計(jì)過(guò)程中調(diào)整了部分預(yù)制構(gòu)件套筒的排布后未同步更新插筋布置圖的現(xiàn)象產(chǎn)生。此外，為了保障鋼筋的定位準(zhǔn)確性及施工的可操作性，現(xiàn)場(chǎng)在對(duì)插筋的相對(duì)位置進(jìn)行控制時(shí)，可采用與構(gòu)件廠生產(chǎn)該構(gòu)件用的模具同套的鋼制套板進(jìn)行控制。在施工順序的選擇上，可采用在其他工種均完成施工后、混凝土未澆筑前再進(jìn)行預(yù)留插筋定位的方式，這樣可以有效避免相關(guān)操作對(duì)插筋位置的擾動(dòng)，保證定位的精確性，降低后續(xù)施工操作的難度。

3 展望

近年來(lái)，建筑物外保溫系統(tǒng)脫落現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，相關(guān)管理部門對(duì)如何預(yù)防此類現(xiàn)象的發(fā)生非常重視。

研發(fā)及推廣新型保溫結(jié)構(gòu)一體化系統(tǒng)是解決此問(wèn)題的思路之一。在此背景下，預(yù)制反打外保溫、夾心保溫項(xiàng)目數(shù)量將有望進(jìn)一步提升。作為建筑項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，我們?cè)陂_(kāi)展包括夾心保溫在內(nèi)的一體化保溫項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中，應(yīng)注重經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及質(zhì)量把控，防止質(zhì)量通病的產(chǎn)生，通過(guò)技術(shù)積累進(jìn)一步促進(jìn)保溫一體化技術(shù)的健康優(yōu)質(zhì)發(fā)展。