文／劉顯旺 中煤天津設計工程有限責任公司 天津 300120

引言：

裝配式建筑技術作為房屋建造方式的一項重大創(chuàng)新，具備國家推動供給側結構性改革的關鍵作用，同時也是實施新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略的重要戰(zhàn)略措施之一，是適應新形勢下勞動力成本水漲船高的現(xiàn)實需要，其優(yōu)勢有效實現(xiàn)資源節(jié)能、降低施工污染、提高勞動生產效率和建筑質量安全水平等高效利用。住宅作為我國建筑領域的重要組成部分，是我國建筑產業(yè)化發(fā)展的優(yōu)先選擇對象，其建造技術的改革可以提高產業(yè)技術，提高勞動效率，通過工業(yè)化生產來提高產品質量的可靠性，促進住宅產業(yè)轉型升級。近年來，隨著建筑技術不斷發(fā)展，全預制裝配整體式剪力墻住宅結構逐漸受到建筑行業(yè)的廣泛關注和推廣。

1.全預制裝配整體式剪力墻住宅結構的概述及設計原理

1.1 全預制裝配整體式剪力墻住宅結構的概述

全預制裝配整體式剪力墻住宅結構是一種新興建筑技術，通過工廠預制和裝配，將建筑中剪力墻轉變?yōu)檎w墻板，再通過裝配工作將墻板組裝成墻體，并與樓板、柱子等構件連接起來，形成穩(wěn)定、堅固的整體結構。此種住宅結構主要特點包括全部構件在工廠進行預制，包括墻板、樓板和柱子等，以及墻板通過專用裝配設備進行組裝，形成整體剪力墻，最后采用現(xiàn)場拼裝方式連接墻體與樓板、柱子等構件。全預制裝配整體式剪力墻住宅結構優(yōu)勢在于其高度工程化，使得生產與施工可以同時進行，從而大大縮短工期，預制構件能夠在受控的工廠環(huán)境下進行制造和檢測，從而確保構件質量和穩(wěn)定性，由于墻板是整體，可以減少施工過程中接縫和間隙，提高整體結構緊密度和抗震性能，同時，該結構還具有較好整體剛度和強度，能夠有效地分擔水平荷載，提高建筑整體穩(wěn)定性。此外，由于墻板預制和裝配工作可以在工廠內進行，減少現(xiàn)場施工過程中噪音和粉塵，提供更好施工環(huán)境[1]。

1.2 全預制裝配整體式剪力墻住宅結構的設計原理

1.2.1 剪力墻

剪力墻是整體式剪力墻住宅結構核心部分，其設計對于結構穩(wěn)定性和承載力有著重要影響。對于剪力墻設計，需滿足單位面積內的剪切剛度和抗震承載力要求，其布置應考慮到結構整體穩(wěn)定性，以及對于地震力響應能力。墻板之間連接方式應采用剛性連接，（通過特殊的構造節(jié)點經現(xiàn)場澆筑連接），以提高整體抗震性能，此外，墻板厚度和配筋量應根據荷載計算和抗震設計要求進行確定，以確保墻體強度和穩(wěn)定性。

1.2.2 樓板和柱子

對于樓板和柱子設計，樓板應滿足固定端轉矩和剪力要求。樓板設計應考慮到荷載承載能力以及樓層之間平穩(wěn)傳力，確保樓層穩(wěn)定性和剛度；柱子設計應滿足承載力和穩(wěn)定性要求，以保證整個結構安全性；樓板與墻體、柱子連接應采用可靠的連接方式，以確保結構整體性。在設計過程中，還需考慮柱子之間布置方式和尺寸合理性，以確保整體結構均衡性和對地震力響應能力。

2.全預制裝配整體式剪力墻住宅結構的應用

2.1 高層住宅建筑

全預制裝配整體式剪力墻住宅結構在高層住宅建筑中得到廣泛應用。近些年在國家政策的推動下，經過各大科研機構、高校、企業(yè)的研究表明該結構具有較強的抗震性能，能夠有效地分擔地震荷載，為高層住宅提供足夠的安全性。此外，預制墻體裝配速度快，能夠大大縮短施工周期，滿足城市對高層住宅快速建設需求。全預制裝配整體式剪力墻住宅結構由于大部分構件在工廠進行預制，并通過現(xiàn)場裝配方式進行組裝，大大減少施工過程中的工期，在項目中，預制墻板通過專用裝配設備進行組裝，使得墻體搭建效率極高，大大縮短施工工期，使項目能夠按時交付使用。墻板設計和制造在工廠環(huán)境下進行，可以根據項目具體要求進行個性化定制，以滿足設計和美觀要求。同時，預制墻體材料和構造也經過嚴格質量控制，確保整體結構穩(wěn)定性和質量可靠性。該項目采用一體化施工方式，墻體與樓板、柱子等構件連接采用可靠專用連接方式，確保整體結構完整性和穩(wěn)定性[2]。

2.2 綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展

全預制裝配整體式剪力墻住宅結構在綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展領域具有較大應用潛力。該結構采用預制墻體，減少現(xiàn)場施工對環(huán)境影響，降低噪音和粉塵污染。此外，預制構件可以在工廠進行精密制造，減少浪費和能源消耗。全預制裝配整體式剪力墻住宅結構還具備良好保溫、隔熱和節(jié)能性能，符合綠色建筑要求。

2.3 大規(guī)模住宅建設

隨著城市化進程加快，需要大規(guī)模快速建設住宅數量不斷增加。全預制裝配整體式剪力墻住宅結構快速施工和高度一致性，使其成為大規(guī)模住宅建設的理想選擇。預制構件制造過程可進行工程化管理，大大提高施工效率和質量控制，并能夠通過標準化設計實現(xiàn)規(guī)模化生產，節(jié)約大量人力和物力資源。

3.試點工程概況

某市33 號樓是一座高度為32.50 米的建筑物，包括地下2 層和地上10 層?？偨ㄖ娣e為4,556 平方米。該建筑采用剪力墻結構，并在建筑基礎和地下室部分采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構來構建剪力墻，能夠提供穩(wěn)定、堅固支撐，確保建筑安全性和穩(wěn)定性。而在地上部分，選擇預制鋼筋混凝土裝配整體式結構，其中包括上部剪力墻、梁、板和樓梯。該結構采用（業(yè)界也稱為）NPC 結構體系，它能夠提高施工效率，節(jié)省時間和成本，并且具有較高質量控制能力[3]。

4.節(jié)點連接設計

4.1 外剪力墻與板及剪力墻層間連接節(jié)點

4.1.1 外剪力墻與板連接節(jié)點

在預制剪力墻的內部，需要先進行埋設支座尺寸為└160×12，作為該疊合板支撐作用，其角鋼底標的高度和樓板底標的高度相同，且每一個支座至少需要使用兩塊角鋼進行支撐。所使用角鋼長度應為20CM，其中2.5CM需要買入在墻體的內部。通過該設計，預制疊合板與剪力墻形成穩(wěn)固結合，確保建筑整體強度和穩(wěn)定性。

4.1.2 外剪力墻層間連接節(jié)點

下層預支剪力墻需要在上層的樓面一50cm 凸出部分為結束點，并且選擇使用企口進行連接，其寬度為1.5cm，內側與外側應使用彈性密封膠將其全面封堵。下層預制剪力墻內預留了與受力鋼筋相同數量和直徑的插筋，這些插筋的預留長度分別為外側600mm 和內側1000mm，用于插入上層注漿管內，旨在確保連接處的結構完整性和穩(wěn)定性，并為后續(xù)工序提供必要的支持。在上層預制剪力墻內也預留了位置與下層預制剪力墻內插筋相對應的采用金屬波紋50mm 注漿管，并在上層剪力墻內部設置了注漿孔。當預制剪力墻安裝完成后，將注入強度不低于50MPa 的灌漿料進入注漿管和企口縫內，以形成剛性連接節(jié)點，該灌漿工藝能夠確保上下層預制剪力墻之間的牢固連接，在加強結構同時提高整體抗震性能[4]。

4.2 內剪力墻與板及剪力墻層間連接節(jié)點

4.2.1 內剪力墻與板連接節(jié)點

在確保預制疊合板與預制剪力墻的穩(wěn)定支撐，并形成結構上的可靠連接，而在施工完成后，預留鋼筋與疊合板現(xiàn)澆層形成剛性連接，進一步增強結構整體穩(wěn)定性和受力性能。通過結合預制剪力墻和預制疊合板使用，能夠提高施工效率，減少施工時間，并確保建筑質量和安全性。

4.2.2 內剪力墻層間連接節(jié)點

在下層預制剪力墻內，預留與受力鋼筋數量和直徑相同的插筋。這些插筋將在一側錨入上層注漿管內，插入長度為600mm，以確保下層預制剪力墻和上層注漿管的穩(wěn)定連接，另一側有一根采用金屬波紋管長度為1000mm的注漿管，同時在上層的預制剪力墻內也有一根預留采用金屬波紋管50mm 的注漿管，且位置與下層預制剪力墻內的插筋相對應，并在上層預制剪力墻的兩側還設置了注漿孔，在預制剪力墻安裝完成后，將注入強度不低于50MPa 的灌漿料，使其成為一個堅固的連接節(jié)點。該注漿工藝能夠確保上下層預制剪力墻之間牢固連接，增強整體結構穩(wěn)定性和抗震能力。通過使用注漿來連接預制剪力墻和注漿管，可以提供更強的結構連接，使建筑具有更好的整體性和抗震性能[5]。

圖1 內剪力墻與板及剪力墻層間連接節(jié)點

4.3 剪力墻與梁連接節(jié)點

梁槽以15mm 的長度支承在剪力墻上，其高度是梁的高度減去200mm（即樓板厚度）。在梁槽底部和梁頂部的位置，剪力墻預先安裝了與梁底部和梁頂部的受力鋼筋相同的附加鋼筋，其數量和直徑也相同。附加鋼筋在剪力墻內的長度和延伸到梁內的長度也都符合錨固的要求，梁頂部的預埋鋼筋與梁槽上部的鋼筋連接在一起，再與疊合板和疊合梁一起進行現(xiàn)澆混凝土，形成一個堅固的連接節(jié)點（見圖2）。通過采用預制梁槽和疊合現(xiàn)澆方式，實現(xiàn)剪力墻與梁的良好連接，并確保連接處的剛性。該連接方式能夠提高結構整體強度和穩(wěn)定性，使剪力墻和梁能夠有效地協(xié)同工作，共同承擔荷載，增強建筑抗震性能。

圖2 剪力墻與梁連接節(jié)點

4.4 梁與板連接節(jié)點

在圖3 中看到，該連接節(jié)點設計和施工方法具有許多優(yōu)點。首先，預制梁槽和疊合板可以在工廠中提前制作，并在現(xiàn)場進行簡單的組裝。這樣可以大大減少施工時間并提高工程效率。其次，預制梁槽和疊合板的設計使得連接節(jié)點更加牢固和穩(wěn)定。預制梁槽具有較厚的壁厚和底部厚度，可以提供足夠強度和承載能力。疊合板的支承長度和鋼筋預留也增加整個節(jié)點穩(wěn)定性。最后，采用預制梁槽和疊合現(xiàn)澆形式的連接節(jié)點可以提高建筑結構整體性能。該剛性連接節(jié)點能夠承受更大荷載，并能夠有效地傳遞梁與板之間的力和應力。這對于建筑安全性和結構的穩(wěn)定性非常重要。

圖3 梁與板連接節(jié)點

4.5 剪力墻水平連接節(jié)點

通常情況下，進行使用預支剪力墻當中水平鏈接的節(jié)點可以選擇氛圍T 型、L 型以及“一”型這三種連接。在橫向與縱向之間的連接處，預制剪力墻應保留進行預留后交接點所使用的空間位置，再改節(jié)點處，預支剪力墻的內部需要預留出額外數量的趕緊，并在其后交接點出進行錨入處理，這些附加預留鋼筋的直徑、間距以及數量應保持與原始界面的鋼筋達到一致，災后交接點完成相應現(xiàn)澆工作以后，可形成堅固的鏈接節(jié)點。使用預制剪力墻連接節(jié)點的設計和施工方法具有很多優(yōu)點。首先，預留后澆節(jié)點可以提供更牢固和穩(wěn)定的連接。預制剪力墻內的附加鋼筋以及后澆節(jié)點處的錨固可以增強整個連接節(jié)點的強度，提高結構的抗震性能。其次，通過預制配筋的方式，可以確保連接節(jié)點與原截面預制剪力墻的配筋一致，從而保證連接節(jié)點的穩(wěn)定性和可靠性。附加鋼筋數量、間距和直徑的合理設計可以滿足連接節(jié)點的承載能力和抗震需求。最后，采用預制剪力墻連接節(jié)點可以提高施工效率和工程質量。預制剪力墻可以在工廠中提前制作，并在現(xiàn)場進行簡單組裝。后澆節(jié)點的施工相對簡單，可以更好地控制質量和施工進度。

4.6 梁連接節(jié)點

預制梁的連接節(jié)點通常采用T 形連接和L 形連接兩種形式，與剪力墻水平連接節(jié)點的設計原理相似。連接節(jié)點設計原理是在預制梁的連接處預留后澆節(jié)點。在T 形連接中，連接節(jié)點呈T 字型，通過后澆節(jié)點進行連接。在預制梁連接節(jié)點處，預留附加鋼筋，并在后澆節(jié)點處相互錨固，以形成剛性連接。在L 形連接中，連接節(jié)點形狀呈L字型，同樣通過后澆節(jié)點進行連接。在預制梁的連接節(jié)點處，預留了附加的鋼筋，并與后澆節(jié)點進行錨固。該連接節(jié)點設計原理是為提供穩(wěn)固連接，增強梁的承載能力和剛性。通過預留后澆節(jié)點和錨固附加鋼筋，可以增強連接節(jié)點強度，提高梁與梁之間連接性能。詳細預制梁連接節(jié)點設計示意圖可參考圖4。

圖4 梁連接節(jié)點

該連接節(jié)點設計方法具有許多優(yōu)點，通過預制梁連接節(jié)點設計，可以提高梁承載能力和抗震能力。連接節(jié)點剛性連接能夠有效地傳遞荷載和應力，保證整個結構穩(wěn)定性。預制梁連接節(jié)點施工相對簡便，可以減少施工時間和工程成本。預留附加鋼筋并進行后澆節(jié)點工藝相對簡單，可以在工廠或現(xiàn)場進行制作和組裝，提高施工效率。預制梁連接節(jié)點設計原理與剪力墻水平連接節(jié)點相似，都是通過預留后澆節(jié)點和錨固附加鋼筋來實現(xiàn)剛性連接。該設計方法可以提高連接節(jié)點穩(wěn)定性和可靠性，提高梁承載能力和抗震能力。同時，該連接節(jié)點施工相對簡便，可以提高施工效率和工程質量。

全預制鋼筋混凝土裝配整體式剪力墻結構體系（NPC）是一種先進的建筑結構系統(tǒng)，它采用現(xiàn)澆處理來處理關鍵節(jié)點和樓板疊合層。該處理方式既增加結構的整體性，又能夠滿足建筑和設備專業(yè)要求，如建筑部件、暖通空調、給排水系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等。全預制鋼筋混凝土裝配整體式剪力墻結構體系通過現(xiàn)澆處理關鍵節(jié)點，保證結構穩(wěn)定性和安全性。關鍵節(jié)點現(xiàn)澆處理可以提供更牢固和可靠的連接，增強結構承載能力和抗震性能。同時，該結構體系優(yōu)點還在于能夠滿足建筑和設備專業(yè)要求。通過現(xiàn)澆處理，可以通過滿足建筑部件、暖通空調、給排水系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等專業(yè)的布置和連接需求，可以實現(xiàn)這些系統(tǒng)的協(xié)調統(tǒng)一、最佳配置，從而提高建筑的功能性和性能。在優(yōu)化配置和滿足專業(yè)要求同時，全預制鋼筋混凝土裝配整體式剪力墻結構體系并不會降低結構安全性。通過合理設計和施工，結構安全性得到保證。

結語：

綜上所述，全預制鋼筋混凝土裝配整體式剪力墻結構體系是一種國家推薦的符合最新產業(yè)政策、滿足專業(yè)安全要求、優(yōu)化資源配置、實現(xiàn)產業(yè)升級和提高建筑性能的先進結構系統(tǒng)。通過現(xiàn)澆處理關鍵節(jié)點和樓板疊合層，可以增強結構整體性，同時解決建筑和設備專業(yè)需求。該結構體系在不降低安全性前提下，優(yōu)化建筑性能和功能，實現(xiàn)全專業(yè)裝配化生產。