預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

Design Thoughts on Prefabricated Sheer Wall Structure

向淵明，金山，羅昭軍

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶400039）

該文分析了預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系、設(shè)計(jì)流程及控制指標(biāo)，并通過實(shí)際工程案例介紹了預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路、技術(shù)特點(diǎn)及具體的接縫節(jié)點(diǎn)工藝。通過對設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行梳理和把控，以期為類似的工程提供設(shè)計(jì)思路。

預(yù)制裝配式；剪力墻；疊合樓板；預(yù)制率；裝配率

0 引言

近年來，隨著建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)作為建筑產(chǎn)業(yè)化的主要方向之一，得到了廣泛應(yīng)用[1]。特別是公租房、廉租房，由于其建筑規(guī)模大、戶型少、構(gòu)件種類少，采用預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)快速裝配成型并取得良好的節(jié)能、節(jié)材和節(jié)時(shí)的經(jīng)濟(jì)效果，預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)已成為此類建筑的主要結(jié)構(gòu)形式。

1 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系概述

預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系的豎向構(gòu)件剪力墻采用預(yù)制，按層進(jìn)行拆分，分為預(yù)制內(nèi)墻和預(yù)制外墻，預(yù)制外墻可包含保溫和外墻裝飾做法。預(yù)制剪力墻的豎向接縫采用現(xiàn)澆一字型、T字型和L型節(jié)點(diǎn)連接，頂面水平接縫采用水平現(xiàn)澆帶和灌漿套筒連接等實(shí)現(xiàn)混凝土和豎向鋼筋的連續(xù)，豎向和水平接縫處新舊混凝土之間應(yīng)采用粗糙面、鍵槽等構(gòu)造措施。水平構(gòu)件如樓板、陽臺板、雨棚板均采用疊合板，水平構(gòu)件與豎向構(gòu)件節(jié)點(diǎn)采用現(xiàn)澆連接。樓梯、女兒墻和空調(diào)板均一次預(yù)制成型。該結(jié)構(gòu)體系具有如下特點(diǎn)。

1.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）構(gòu)件采用工廠化制作，具有良好的制作和養(yǎng)護(hù)環(huán)境，構(gòu)件質(zhì)量能得到很好的保證，構(gòu)件外觀質(zhì)量滿足清水混凝土要求。

（2）現(xiàn)場模板、支撐用量及周轉(zhuǎn)少，工期縮短，用工量少，工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低[2]。

（3）裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)預(yù)制率高，門窗洞口、公用管線均可一次預(yù)埋到位。

（4）施工現(xiàn)場濕作業(yè)大大減少，對環(huán)境的影響減少，低碳環(huán)保。

1.2 缺點(diǎn)

（1）施工現(xiàn)場預(yù)制構(gòu)件多，構(gòu)件吊裝、安裝步驟多，需要良好的施工管理。

（2）預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)地距離工程所在地不能太遠(yuǎn)，否則會(huì)造成運(yùn)輸成本過高。

（3）豎向預(yù)制構(gòu)件定位精度要求高，灌漿套筒施工質(zhì)量因人而異，施工隊(duì)伍需要進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)。

2 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程

裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)初期應(yīng)明確甲方的相關(guān)需求，做好技術(shù)策劃，全盤考慮整個(gè)項(xiàng)目的技術(shù)特點(diǎn)，最大化實(shí)現(xiàn)各預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化，減少預(yù)制所需模板的數(shù)量，提高預(yù)制效率和安裝效率。結(jié)合工程實(shí)際確定項(xiàng)目的技術(shù)路線，需注意以下幾個(gè)方面的問題。

（1）根據(jù)當(dāng)?shù)卣呒凹追叫枨?，結(jié)合工程實(shí)際采用不同的預(yù)制混凝土構(gòu)件，包括預(yù)制外墻板、預(yù)制內(nèi)墻板、疊合樓板、預(yù)制陽臺板、預(yù)制空調(diào)板、預(yù)制樓梯、預(yù)制女兒墻等[3]。

（2）前期建筑方案制定時(shí)需結(jié)構(gòu)、公用各專業(yè)參與，各專業(yè)充分協(xié)調(diào)，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，減少不規(guī)則體系。方案階段建筑功能需進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)人體工程學(xué)的原理，選擇滿足使用功能的各房間最優(yōu)面積，采用模數(shù)協(xié)調(diào)的原則，制定合適的開間和進(jìn)深尺寸。

（3）結(jié)構(gòu)專業(yè)在設(shè)計(jì)前期需在保證預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化的前提下，制定合理的構(gòu)件拆分方案，優(yōu)化關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的連接技術(shù)，盡可能減少預(yù)制構(gòu)件種類，并盡量使現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)規(guī)格統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)全面考慮構(gòu)件設(shè)計(jì)、預(yù)埋、制作、運(yùn)輸、吊裝、安裝等關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)。

（4）制定合適的預(yù)制率和裝配率。根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)，合理選擇預(yù)制構(gòu)件。種類太少或太異形的構(gòu)件應(yīng)不采用預(yù)制，直接現(xiàn)澆反而會(huì)提高效率。預(yù)制外墻應(yīng)包含保溫一體化，預(yù)制樓梯應(yīng)一次成型，免除表面裝飾，非承重隔墻可采用預(yù)制的輕質(zhì)加氣混凝土NALC輕質(zhì)隔墻，空間分割自由。預(yù)制率應(yīng)科學(xué)合理，不應(yīng)盲目追求。

（5）結(jié)構(gòu)外墻施工時(shí)，優(yōu)先考慮自爬升外架，爭取實(shí)現(xiàn)無外架的施工組織方案。

3 工程案例

應(yīng)用該體系的工程為某地上6層宿舍樓，建筑平面尺寸為58.0m×18.0m，層高3.3m，結(jié)構(gòu)體系為剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面圖如圖1所示。工程基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆混凝土，預(yù)制構(gòu)件為：預(yù)制外墻、預(yù)制內(nèi)墻、疊合樓板、預(yù)制陽臺板、預(yù)制空調(diào)板、預(yù)制樓梯、預(yù)制女兒墻[4]。

圖1 建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

3.1 預(yù)制外墻方案

方案制定時(shí)預(yù)制外墻有如下兩種方案。方案一：外墻采用200mm混凝土內(nèi)墻+30mm厚保溫板+50mm外葉板。方案二：外墻采用270mm陶粒混凝土。兩種外墻方案的經(jīng)濟(jì)性對比如表1所示。

表1 外墻方案經(jīng)濟(jì)性對比

圖2 預(yù)制墻平面劃分方案一

圖3 預(yù)制墻平面劃分方案二

根據(jù)以上對比可知，采用方案二預(yù)制外墻的綜合造價(jià)較高，預(yù)制外墻選擇方案一比較合適。

3.2 預(yù)制墻體設(shè)計(jì)

（1）合理劃分平面。裝配式剪力墻平面劃分應(yīng)合理，預(yù)制構(gòu)件部分和現(xiàn)澆部分應(yīng)合成長肢剪力墻，避免形成短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系。根據(jù)受力特點(diǎn)，預(yù)制外墻只需要在端部和T形處受力剪力墻設(shè)置連接區(qū)段，中間非受力剪力墻不需要連接，這樣可有效減少豎向構(gòu)件鋼筋連接工作量。預(yù)制墻體平面劃分方案一和方案二如圖2、圖3所示。

分析以上兩種預(yù)制墻體平面劃分方案可知：方案一中的預(yù)制墻體縱筋均不在豎向進(jìn)行連接，只有預(yù)制墻體的水平鋼筋在側(cè)面與后澆混凝土連接，整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)力構(gòu)件為預(yù)制墻體間的后澆混凝土部分，由于后澆混凝土節(jié)點(diǎn)長度較短，整個(gè)結(jié)構(gòu)體系為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)（如圖4）。方案二中的預(yù)制墻體兩端均設(shè)置至少400mm寬的受力暗柱，暗柱的縱向受力鋼筋通過半灌漿套筒進(jìn)行豎向連接，整個(gè)結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件在外墻轉(zhuǎn)角處為1650mm×600mm×200mm的T型翼墻，在內(nèi)墻中間節(jié)點(diǎn)處為1650mm×200mm的一字型剪力墻（如圖5），結(jié)構(gòu)在縱橫兩個(gè)方向的抗側(cè)力構(gòu)件均為長肢剪力墻，結(jié)構(gòu)體系合理。

圖5 方案二墻體縱筋連接

（2）非受力剪力墻的墻體內(nèi)部可采用100mm厚擠塑聚苯板減輕自重，聚苯板兩側(cè)設(shè)50mm厚混凝土面層，面層配筋為單層雙向4@150，如圖6所示。

圖6 墻體內(nèi)聚苯板布置

（3）預(yù)制墻體豎向連接節(jié)點(diǎn)

預(yù)制墻體豎向鋼筋通過半灌漿套筒連接，套筒預(yù)埋在墻體內(nèi)的一端與縱筋采用螺紋連接，現(xiàn)場拼接端采用灌漿料現(xiàn)場灌漿連接（如圖7所示）。由于套筒直徑比鋼筋直徑大，故扣除保護(hù)層厚度，預(yù)制墻的厚度不宜太小。為了減少現(xiàn)場灌漿套筒連接和現(xiàn)場濕作業(yè)的工作量，提高預(yù)制構(gòu)件工廠化程度，設(shè)計(jì)時(shí)采用鋼筋等面積代換的原則，盡量選用大直徑的鋼筋連接套筒，并配合預(yù)留鋼筋的間距，相應(yīng)設(shè)置灌漿套筒的埋設(shè)位置和灌漿孔、出漿孔的位置，灌漿套筒預(yù)埋在上層墻體上，灌漿孔、出漿孔預(yù)留在外墻內(nèi)側(cè)面以方便操作[5]。

圖7 預(yù)制墻體豎向連接節(jié)點(diǎn)

3.3 疊合樓板設(shè)計(jì)

疊合樓板可根據(jù)預(yù)制板接縫構(gòu)造、長寬比等按單向板或雙向板設(shè)計(jì)。預(yù)制疊合樓板接縫節(jié)點(diǎn)分為鋼筋貫通式和非貫通式。貫通式節(jié)點(diǎn)通過后澆混凝土段將兩塊預(yù)制板連為整體，預(yù)制板四周預(yù)留受力筋，板受力連續(xù)，計(jì)算按雙向板設(shè)計(jì)；非貫通式節(jié)點(diǎn)的預(yù)制板只是拼在一起，鋼筋不連接，計(jì)算按單向板設(shè)計(jì)（如圖8所示）。預(yù)制底板應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化以滿足經(jīng)濟(jì)性要求，宜采用整間的中大型板，以便減少預(yù)制構(gòu)件的數(shù)量，節(jié)省工時(shí)，提高效率。

圖8 雙向板和單向板拼縫圖

該工程樓板厚度分別取130mm（預(yù)制60mm+后澆70mm）和150mm（預(yù)制70mm+后澆80mm）并按單向板、雙向板分別進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

分析以上數(shù)據(jù)可知，由于工程板跨不大，樓面荷載較小，除按單向板設(shè)計(jì)時(shí)板底配筋按計(jì)算外，其余計(jì)算均為構(gòu)造配筋?？傮w而言，雙向板的計(jì)算配筋比單向板小。在設(shè)計(jì)時(shí)，板厚可按撓度控制取值，疊合板按雙向板進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果較為經(jīng)濟(jì)。

表2 單向板和雙向板配筋比較

4 預(yù)制裝配式建筑控制指標(biāo)

深圳市等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市在裝配式建筑研究方面處在行業(yè)前列，對住宅產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目單體建筑預(yù)制率和裝配率均有詳細(xì)的計(jì)算細(xì)則。參考此細(xì)則，預(yù)制裝配式建筑控制指標(biāo)有預(yù)制率和裝配率。

4.1 預(yù)制率

預(yù)制率V=標(biāo)準(zhǔn)層預(yù)制混凝土構(gòu)件混凝土總體積A/標(biāo)準(zhǔn)層全部混凝土總體積B

其中：A=主體和圍護(hù)結(jié)構(gòu)預(yù)制混凝土總體積+0.5×非承重內(nèi)隔墻預(yù)制混凝土構(gòu)件總體積。

對于該工程，預(yù)制率如下：

4.2 裝配率

裝配率S=標(biāo)準(zhǔn)層裝配式工法構(gòu)件總表面積M/標(biāo)準(zhǔn)層混凝土總表面積N

其中：M=主體和圍護(hù)結(jié)構(gòu)預(yù)制混凝土構(gòu)件免除傳統(tǒng)模板與混凝土接觸面的表面積+0.5×非承重內(nèi)隔墻預(yù)制混凝土構(gòu)件免除傳統(tǒng)墻面抹灰的表面積+k×現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)采用定型裝配式模板與混凝土接觸面的表面積。

當(dāng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)為現(xiàn)場綁扎鋼筋和骨架時(shí)，k取0.5；為預(yù)制鋼筋網(wǎng)和骨架時(shí)，k取0.8。

對于該工程，裝配率如下：

5 結(jié)語

在經(jīng)濟(jì)新常態(tài)的背景下，裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系既符合當(dāng)前住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的趨勢，又具有良好的節(jié)能、節(jié)材、節(jié)時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益，必將得到廣泛的應(yīng)用。但對于當(dāng)前的裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，仍有很多需要改進(jìn)和思考的地方。

（1）豎向預(yù)制構(gòu)件多采用灌漿套筒連接。由于當(dāng)前我們的建筑產(chǎn)業(yè)工人體系尚不成熟，建筑工人多為農(nóng)民工，個(gè)體施工質(zhì)量因人而異，故豎向構(gòu)件的連接質(zhì)量隱患較大。在既要考慮預(yù)制率和裝配率，又要關(guān)注結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的要求下，可采用如下思路：豎向抗側(cè)力構(gòu)件盡量采用現(xiàn)澆，水平受力構(gòu)件可最大化地預(yù)制。對于豎向非承重構(gòu)件，盡可能采用預(yù)制輕質(zhì)隔板。

（2）目前國內(nèi)對裝配式剪力墻的節(jié)點(diǎn)連接、整體構(gòu)件的抗震性能等研究較少，設(shè)計(jì)時(shí)可選用的連接節(jié)點(diǎn)形式少，同時(shí)缺少足夠的實(shí)體實(shí)驗(yàn)和成體系的節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)各工程的實(shí)際需要，各工程的節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)大多數(shù)由實(shí)際工程的參建單位掌握，缺少系統(tǒng)的推廣途徑和權(quán)威性。

[1]王開飛，李挺.裝配式剪力墻住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].中國住宅設(shè)施，2016（3）：17-20.

[2]羅偉陽.淺析住宅建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].中華民居旬刊，2014（1）：87-88.

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[4]張新娜.裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D].邯鄲：河北工程大學(xué)，2013.

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責(zé)任編輯：孫蘇,李紅

This paper analyzes the structural system,design flow and control indices of prefabricated sheer wall structure and,based on practical cases,introduces its design thoughts,technical features and specific node techniques.The summarization and mastering of the key design points can provide some references for similar engineering.

prefabrication;sheer wall;superimposed slab;prefabrication ratio;fabrication ratio

TU37

A

1671-9107（2017）03-0031-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.03.031

2017-01-17

向淵明（1979-），男，重慶人，本科，高級工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。