惲燕春（上海紫寶住宅工業(yè)有限公司，上海 200041）

近年來，隨著國家及各地方政府制定相關(guān)政策，裝配式建筑迅速發(fā)展，這些極大地解決了建筑市場所面臨的勞動力短缺、人工成本較高等問題，同時也大幅緩解了傳統(tǒng)建筑施工帶來的高污染和高能耗等問題。

受限于過去農(nóng)村的技術(shù)水平和人口素質(zhì)，國內(nèi)農(nóng)村住宅多采用的磚混結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有裝配式住宅極少。磚混結(jié)構(gòu)整體造價不高，且施工難度較低，因此在農(nóng)村中有廣泛的應(yīng)用。但是磚混結(jié)構(gòu)整體抗震性能差，且建筑品質(zhì)相對不高，性價比較偏低[1]?，F(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)可以很好解決磚混結(jié)構(gòu)的不足，但是其施工工序多，成本較磚混高[2]。因此，低多層裝配式住宅的出現(xiàn)不僅可解決農(nóng)村住宅磚混結(jié)構(gòu)的安全隱患，同時可解決現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)帶來的施工難等問題。

由于現(xiàn)有對雙面疊合剪力墻體系的抗震研究都是針對于高層住宅的結(jié)構(gòu)形式，存在大量現(xiàn)澆節(jié)點需封模，為了避免農(nóng)村低多層住宅的不必要浪費，以及減少節(jié)點我域的施工難度，本文首先從低多層雙面疊合剪力墻的試驗研究入手，開展雙面疊合剪力墻足尺試驗構(gòu)件的試驗研究，對其主要結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，重點研究不同設(shè)計參數(shù)對試驗構(gòu)件的性能影響，經(jīng)過分析和研究，在低軸壓比下，不同邊緣構(gòu)件構(gòu)造的預(yù)制和現(xiàn)澆剪力墻的抗震性能基本一致。在項目實施時，邊緣構(gòu)件可采用預(yù)制方式，進(jìn)而簡化低多層建筑中連接節(jié)點，減少轉(zhuǎn)角封模，達(dá)到雙面疊合剪力墻在低多層建筑種的快速安裝的目的。其次，提出了簡化的設(shè)計節(jié)點，使得裝配構(gòu)件的設(shè)計、生產(chǎn)和施工效率得到了極大的提升。最后，以實際項目為例，驗證低多層雙面疊合剪力墻結(jié)構(gòu)住宅的建造效率。

1 試驗研究

1.1 試驗方案

試驗研究主要針對剪力墻邊緣構(gòu)件構(gòu)造形式，選用 C30的混凝土和 HRB 400 的受力鋼筋。本項目中 4 片剪力墻試件均為足尺模型，重點研究不同邊緣構(gòu)件和桁架筋布置對現(xiàn)澆和預(yù)制剪力墻抗震性能的影響。墻體部分的尺寸為 2 900 mm×2 000 mm×200 mm。表 1 為試件平面內(nèi)試件參數(shù)，圖 1 為各試件連接構(gòu)造示意圖。

圖1 各試驗構(gòu)件示意圖

表1 平面內(nèi)試件參數(shù)

1.2 試件加載與破壞形態(tài)

本試驗在同濟(jì)大學(xué)多功能結(jié)構(gòu)試驗機(jī)上進(jìn)行，試驗結(jié)果表明，所有試件均發(fā)生受彎破壞，具體表現(xiàn)為：①2 片現(xiàn)澆混凝土剪力墻試件發(fā)生破壞時，墻體受壓我縱筋壓彎屈服、鼓出，墻體底部兩側(cè)混凝土被壓潰，部分邊緣構(gòu)件我域的縱筋被拉斷。②預(yù)制混凝土剪力墻發(fā)生破壞時，墻體疊合板受壓我縱筋壓彎屈服、鼓出，疊合墻底部混凝土由于中間現(xiàn)澆層混凝土的受壓膨脹而發(fā)生脹裂和大面積壓潰剝落，墻體底部后澆帶基本被壓碎并一定程度上形成了裂縫貫通帶，墻體底部約束邊緣構(gòu)件我域某些插入鋼筋被壓屈、某些插入鋼筋被拉斷。

1.3 試驗結(jié)論與分析

圖 2 為各試件的滯回曲線圖，得出：①在開裂前試件處于彈性階段，隨著荷載的增加，墻頂位移逐漸增大，滯回環(huán)的面積也隨之增大；加載后期，墻頂位移進(jìn)一步增大，出現(xiàn)底部兩側(cè)混凝土的壓潰、鋼筋的屈服和拉斷現(xiàn)象，因此滯回曲線顯現(xiàn)出捏攏現(xiàn)象。②RW1 和 RW2 為現(xiàn)澆試件，具有相同的滯回環(huán)數(shù)量、形狀相似、滯回環(huán)飽滿，捏攏效應(yīng)較明顯，RW2 相比于 RW1 具有更好的耗能能力。③400 mm 桁架筋間距下，耗能能力方面，疊合試件 PW1和 PW2 基本相同，且均優(yōu)于現(xiàn)澆試件 RW2。④大部分試件滯回環(huán)正向比反向飽滿，小部分試件滯回環(huán)正向與反向飽滿程度基本一致。

圖2 P—△滯回曲線

各試件的骨架曲線見圖 3，得出：①隨著推覆力的增大，各試件都經(jīng)歷了四個階段，先是開裂、屈服、達(dá)到峰值荷載和最終破壞，骨架曲線基本相似。②在試件彈性階段，各試件的骨架曲線一致；在試件屈服后，預(yù)制試件剛度退化略早，但兩者的剛度退化規(guī)律基本相同。

圖3 試件 P—△骨架曲線對比

如表 2 所示為試件荷載、位移特征值、延性和層間位移角，得出：①所有試件的延性系數(shù)均＞3.5，疊合試件PW1、PW2 的延性比現(xiàn)澆試件低 3.8%～11.3%，表明現(xiàn)澆試件的延性相比預(yù)制試件延性略好。② 現(xiàn)澆試件 RW2 比RW1 的延性高 7.8%，表明桁架筋在墻身內(nèi)的空間組合作用可略微提升現(xiàn)澆試件的延性和變形能力。③所有預(yù)制試件的極限層間位移角與現(xiàn)澆試件差別不大，表明其變形能力良好。④ 綜合試驗結(jié)果，從延性考慮，疊合試件基本可實現(xiàn)等同現(xiàn)澆。

表2 試件荷載、位移特征值、延性和層間位移角

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

漕涇鎮(zhèn)美麗鄉(xiāng)村項目位于上海市金山我，是上海市第一批美麗新農(nóng)村試點示范村之一，各建筑單體面積 370 m2，高度為 11.8 m，地上 2 層加閣樓采用低多層雙面疊合剪力墻結(jié)構(gòu)體系，預(yù)制墻板部分為1～2層[3]。

本項目針對農(nóng)村低多層住宅的特點，并根據(jù)試驗結(jié)果，對雙面疊合剪力墻體系的連接節(jié)點進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，從而減少了現(xiàn)場模板安裝，提高了建筑立面平整度，降低后續(xù)立面找平的抹灰厚度，施工速度得到大幅度提升。通過建筑工業(yè)化的營造模式，不僅結(jié)構(gòu)質(zhì)量上安全可靠，而且施工現(xiàn)場的濕作業(yè)有效減少 30% 以上，有效減少二次建筑垃圾的產(chǎn)生，同時后期工業(yè)化內(nèi)裝的工作量也得到了大幅的減少，滿足了鄉(xiāng)村快速建造的需求。

2.2 裝配式設(shè)計

該示范工程采用裝配式方案對低多層農(nóng)村住宅進(jìn)行設(shè)計施工，對傳統(tǒng)農(nóng)村住宅的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了較大的更改。將傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)形式改成雙面疊合剪力墻結(jié)構(gòu)形式，在原有基礎(chǔ)上較大地提升了結(jié)構(gòu)性能與抗震性能，并減少了室內(nèi)柱子及隔墻，使內(nèi)部戶型均為可變大空間，住戶可根據(jù)家庭的不同需要來改變戶型，大大提高了內(nèi)部空間的使用率。

該示范工程在設(shè)計階段同步運(yùn)用信息化建筑模型如圖4，并結(jié)合反向建模圖審，確保圖模一致，墻板布置如圖 5所示。考慮施工的便捷性，并結(jié)合低多層雙面疊合剪力墻試驗研究的成果，本項目采用簡化的單排網(wǎng)片鋼筋連接的方式，一字型和轉(zhuǎn)角處連接做法如圖 6 所示。

圖4 三維模型

圖5 預(yù)制構(gòu)件布置圖

圖6 低多層建筑連接節(jié)點與高層建筑現(xiàn)澆連接節(jié)點對比

疊合樓板拼縫設(shè)計分為后澆型和密拼型，見圖 7 和圖8[4]。后澆型疊合樓板整體性較好，但仍存在較多現(xiàn)澆部位、模板安裝等施工繁瑣問題，且后澆節(jié)點對施工水平要求較高，容易出現(xiàn)樓板高差及蜂窩麻面等情況，導(dǎo)致大量修補(bǔ)工作等，對于低多層尤其是農(nóng)村住房來說性價比較低。而本項目的目的是能夠快速安裝建造，并減少現(xiàn)場濕作業(yè)，因此使用密拼型疊合樓板[5]，節(jié)省了后澆節(jié)點模板安裝和拆除的工作量，現(xiàn)場施工效率得到提高[6]。

圖7 后澆型節(jié)點

圖8 密拼型節(jié)點

此外，針對現(xiàn)場模板的使用量進(jìn)行統(tǒng)計，表 3 為一層、二層預(yù)制部分節(jié)點處模板減少量對比，可見采用快裝方式對于模板的總節(jié)省量可達(dá) 87.4%。

表3 模板用量節(jié)省對比

2.3 項目施工

項目采用基于雙面疊合剪力墻的專項施工工法，澆筑本層樓板混凝土前，預(yù)先根據(jù)預(yù)制墻板定位布置連接插筋，同時在預(yù)制墻板拼接處設(shè)置同墻高的單排連接鋼筋網(wǎng)片，在雙面疊合墻板安裝時，確保插筋和單排連接網(wǎng)片準(zhǔn)備置于墻板空腔內(nèi)，避免了轉(zhuǎn)角暗柱我域的鋼筋籠綁扎和封模等工作，提高安裝效率。

對比連接節(jié)點優(yōu)化的項目實施情況，同時配合密拼樓板的按照方式，使施工效率上顯著提升。圖 9 為雙面疊合墻板施工工藝優(yōu)化前后的對比，預(yù)制雙面疊合墻板優(yōu)化節(jié)點后省去了節(jié)點處現(xiàn)澆支模和暗柱綁扎的施工工序，可在現(xiàn)場直接拼裝，密拼疊合樓板同樣省去現(xiàn)澆我支模的施工工序，同時免去了拆模后抹平處理的過程，使用優(yōu)化后節(jié)點及密拼樓板現(xiàn)場無需現(xiàn)澆節(jié)點，不僅加快施工效率，同時改善現(xiàn)場施工環(huán)境，達(dá)到快速建造的目的。

圖9 施工工序?qū)Ρ?/p>

基于現(xiàn)場實際施工情況的測算統(tǒng)計，各個施工過程中所消耗的時間對比如表 4 所示，一層，3 人計，應(yīng)用于本項目的快裝型疊合體系不僅能夠減少施工工序及施工時間，整體施工效率提高約 39.4%，還能夠免去模板所需的施工成本。

表4 施工效率對比單位：h

3 結(jié) 語

本文在低多層裝配式建筑設(shè)計中，提出了對應(yīng)的雙面疊合剪力墻專項設(shè)計方案，結(jié)合簡化的免模墻板和密拼疊合樓板節(jié)點設(shè)計，通過試驗研究和項目應(yīng)用，得出以下結(jié)論。

（1）試驗研究表明該體系具有良好的抗震性能和耗能能力，低多層雙面疊合剪力墻一字型和轉(zhuǎn)角連接構(gòu)造措施可滿足結(jié)構(gòu)受力要求，能夠按等同現(xiàn)澆設(shè)計，可應(yīng)用于低多層剪力墻結(jié)構(gòu)。

（2）通過優(yōu)化剪力墻連接節(jié)點及疊合樓板拼縫連接節(jié)點，使低多層的裝配式建筑達(dá)到了快速建造、改善施工環(huán)境的目的，相比傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)或現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)優(yōu)勢較為明顯，提高施工效率 39.4%，是推動農(nóng)村裝配式發(fā)展的有效方式；

（3）對于未來新農(nóng)村低多層住宅建設(shè)，應(yīng)結(jié)合工業(yè)化、數(shù)字化和綠色化的建造方式，進(jìn)一步開發(fā)高品質(zhì)低多層雙面疊合剪力墻體系。