预制装配式剪力墙结构设计思路Design Thoughts on Prefabricated Sheer Wall Structure 向渊明，金山，罗昭军 （中机中联工程有限公司，重庆400039） 摘要：该文分析了预制装配式剪力墙结构的结构体系、设计流程及控制指标，并通过实际工程案例介绍了预制装配式剪力墙结构的设计思路、技术特点及具体的接缝节点工艺。通过对设计过程中的关键点进行梳理和把控，以期为类似的工程提供设计思路。 关键词：预制装配式；剪力墙；叠合楼板；预制率；装配率 0 引言近年来，随着建筑产业现代化的发展，预制装配式剪力墙结构作为建筑产业化的主要方向之一，得到了广泛应用[1]。特别是公租房、廉租房，由于其建筑规模大、户型少、构件种类少，采用预制装配式剪力墙结构可以实现快速装配成型并取得良好的节能、节材和节时的经济效果，预制装配式剪力墙结构已成为此类建筑的主要结构形式。 1 装配式剪力墙结构体系概述预制装配式剪力墙结构体系的竖向构件剪力墙采用预制，按层进行拆分，分为预制内墙和预制外墙，预制外墙可包含保温和外墙装饰做法。预制剪力墙的竖向接缝采用现浇一字型、T字型和L型节点连接，顶面水平接缝采用水平现浇带和灌浆套筒连接等实现混凝土和竖向钢筋的连续，竖向和水平接缝处新旧混凝土之间应采用粗糙面、键槽等构造措施。水平构件如楼板、阳台板、雨棚板均采用叠合板，水平构件与竖向构件节点采用现浇连接。楼梯、女儿墙和空调板均一次预制成型。该结构体系具有如下特点。 1.1 优点 （1）构件采用工厂化制作，具有良好的制作和养护环境，构件质量能得到很好的保证，构件外观质量满足清水混凝土要求。 （2）现场模板、支撑用量及周转少，工期缩短，用工量少，工人劳动强度降低[2]。 （3）装配式剪力墙结构预制率高，门窗洞口、公用管线均可一次预埋到位。 （4）施工现场湿作业大大减少，对环境的影响减少，低碳环保。 1.2 缺点 （1）施工现场预制构件多，构件吊装、安装步骤多，需要良好的施工管理。 （2）预制构件生产地距离工程所在地不能太远，否则会造成运输成本过高。 （3）竖向预制构件定位精度要求高，灌浆套筒施工质量因人而异，施工队伍需要进行专业培训。 2 装配式剪力墙结构设计流程装配式剪力墙结构在设计初期应明确甲方的相关需求，做好技术策划，全盘考虑整个项目的技术特点，最大化实现各预制构件的标准化、模数化，减少预制所需模板的数量，提高预制效率和安装效率。结合工程实际确定项目的技术路线，需注意以下几个方面的问题。 （1）根据当地政策及甲方需求，结合工程实际采用不同的预制混凝土构件，包括预制外墙板、预制内墙板、叠合楼板、预制阳台板、预制空调板、预制楼梯、预制女儿墙等[3]。 （2）前期建筑方案制定时需结构、公用各专业参与，各专业充分协调，统一标准，减少不规则体系。方案阶段建筑功能需进行优化设计，根据人体工程学的原理，选择满足使用功能的各房间最优面积，采用模数协调的原则，制定合适的开间和进深尺寸。 （3）结构专业在设计前期需在保证预制构件标准化、模数化的前提下，制定合理的构件拆分方案，优化关键节点的连接技术，尽可能减少预制构件种类，并尽量使现浇节点规格统一、标准。同时结构设计应全面考虑构件设计、预埋、制作、运输、吊装、安装等关键施工环节。 （4）制定合适的预制率和装配率。根据项目的特点，合理选择预制构件。种类太少或太异形的构件应不采用预制，直接现浇反而会提高效率。预制外墙应包含保温一体化，预制楼梯应一次成型，免除表面装饰，非承重隔墙可采用预制的轻质加气混凝土NALC轻质隔墙，空间分割自由。预制率应科学合理，不应盲目追求。 （5）结构外墙施工时，优先考虑自爬升外架，争取实现无外架的施工组织方案。 3 工程案例应用该体系的工程为某地上6层宿舍楼，建筑平面尺寸为58.0m×18.0m，层高3.3m，结构体系为剪力墙结构，建筑标准层平面图如图1所示。工程基础采用现浇混凝土，预制构件为：预制外墙、预制内墙、叠合楼板、预制阳台板、预制空调板、预制楼梯、预制女儿墙[4]。  图1 建筑标准层平面图 3.1 预制外墙方案 方案制定时预制外墙有如下两种方案。方案一：外墙采用200mm混凝土内墙+30mm厚保温板+50mm外叶板。方案二：外墙采用270mm陶粒混凝土。两种外墙方案的经济性对比如表1所示。 表1 外墙方案经济性对比 
 图2 预制墙平面划分方案一  图3 预制墙平面划分方案二 根据以上对比可知，采用方案二预制外墙的综合造价较高，预制外墙选择方案一比较合适。 3.2 预制墙体设计 （1）合理划分平面。装配式剪力墙平面划分应合理，预制构件部分和现浇部分应合成长肢剪力墙，避免形成短肢剪力墙结构体系。根据受力特点，预制外墙只需要在端部和T形处受力剪力墙设置连接区段，中间非受力剪力墙不需要连接，这样可有效减少竖向构件钢筋连接工作量。预制墙体平面划分方案一和方案二如图2、图3所示。 分析以上两种预制墙体平面划分方案可知：方案一中的预制墙体纵筋均不在竖向进行连接，只有预制墙体的水平钢筋在侧面与后浇混凝土连接，整个结构体系的抗侧力构件为预制墙体间的后浇混凝土部分，由于后浇混凝土节点长度较短，整个结构体系为短肢剪力墙结构（如图4）。方案二中的预制墙体两端均设置至少400mm宽的受力暗柱，暗柱的纵向受力钢筋通过半灌浆套筒进行竖向连接，整个结构竖向抗侧力构件在外墙转角处为1650mm×600mm×200mm的T型翼墙，在内墙中间节点处为1650mm×200mm的一字型剪力墙（如图5），结构在纵横两个方向的抗侧力构件均为长肢剪力墙，结构体系合理。  图4 方案一墙体纵筋连接  图5 方案二墙体纵筋连接 （2）非受力剪力墙的墙体内部可采用100mm厚挤塑聚苯板减轻自重，聚苯板两侧设50mm厚混凝土面层，面层配筋为单层双向4@150，如图6所示。  图6 墙体内聚苯板布置 （3）预制墙体竖向连接节点 预制墙体竖向钢筋通过半灌浆套筒连接，套筒预埋在墙体内的一端与纵筋采用螺纹连接，现场拼接端采用灌浆料现场灌浆连接（如图7所示）。由于套筒直径比钢筋直径大，故扣除保护层厚度，预制墙的厚度不宜太小。为了减少现场灌浆套筒连接和现场湿作业的工作量，提高预制构件工厂化程度，设计时采用钢筋等面积代换的原则，尽量选用大直径的钢筋连接套筒，并配合预留钢筋的间距，相应设置灌浆套筒的埋设位置和灌浆孔、出浆孔的位置，灌浆套筒预埋在上层墙体上，灌浆孔、出浆孔预留在外墙内侧面以方便操作[5]。  图7 预制墙体竖向连接节点 3.3 叠合楼板设计 叠合楼板可根据预制板接缝构造、长宽比等按单向板或双向板设计。预制叠合楼板接缝节点分为钢筋贯通式和非贯通式。贯通式节点通过后浇混凝土段将两块预制板连为整体，预制板四周预留受力筋，板受力连续，计算按双向板设计；非贯通式节点的预制板只是拼在一起，钢筋不连接，计算按单向板设计（如图8所示）。预制底板应标准化、模数化以满足经济性要求，宜采用整间的中大型板，以便减少预制构件的数量，节省工时，提高效率。  图8 双向板和单向板拼缝图 该工程楼板厚度分别取130mm（预制60mm+后浇70mm）和150mm（预制70mm+后浇80mm）并按单向板、双向板分别进行计算，计算结果如表2所示。 分析以上数据可知，由于工程板跨不大，楼面荷载较小，除按单向板设计时板底配筋按计算外，其余计算均为构造配筋。总体而言，双向板的计算配筋比单向板小。在设计时，板厚可按挠度控制取值，叠合板按双向板进行设计，计算结果较为经济。 表2 单向板和双向板配筋比较  单向板双向板板面配筋板底配筋板面配筋板底配筋板厚（mm）板跨方向垂直板跨板跨方向垂直板跨短边板跨长边板跨短边板跨长边板跨1308@1508@18010@1508@1808@1508@1508@1508@150 1508@1508@15010@1508@1508@1508@1508@1508@150 4 预制装配式建筑控制指标深圳市等经济发达城市在装配式建筑研究方面处在行业前列，对住宅产业化项目单体建筑预制率和装配率均有详细的计算细则。参考此细则，预制装配式建筑控制指标有预制率和装配率。 4.1 预制率 预制率V=标准层预制混凝土构件混凝土总体积A/标准层全部混凝土总体积B 其中：A=主体和围护结构预制混凝土总体积+0.5×非承重内隔墙预制混凝土构件总体积。 对于该工程，预制率如下： 4.2 装配率 装配率S=标准层装配式工法构件总表面积M/标准层混凝土总表面积N 其中：M=主体和围护结构预制混凝土构件免除传统模板与混凝土接触面的表面积+0.5×非承重内隔墙预制混凝土构件免除传统墙面抹灰的表面积+k×现浇结构采用定型装配式模板与混凝土接触面的表面积。 当现浇结构为现场绑扎钢筋和骨架时，k取0.5；为预制钢筋网和骨架时，k取0.8。 对于该工程，装配率如下： 5 结语在经济新常态的背景下，装配式剪力墙结构体系既符合当前住宅产业现代化的趋势，又具有良好的节能、节材、节时的经济效益，必将得到广泛的应用。但对于当前的装配式剪力墙结构，仍有很多需要改进和思考的地方。 （1）竖向预制构件多采用灌浆套筒连接。由于当前我们的建筑产业工人体系尚不成熟，建筑工人多为农民工，个体施工质量因人而异，故竖向构件的连接质量隐患较大。在既要考虑预制率和装配率，又要关注结构施工质量的要求下，可采用如下思路：竖向抗侧力构件尽量采用现浇，水平受力构件可最大化地预制。对于竖向非承重构件，尽可能采用预制轻质隔板。 （2）目前国内对装配式剪力墙的节点连接、整体构件的抗震性能等研究较少，设计时可选用的连接节点形式少，同时缺少足够的实体实验和成体系的节点标准。根据各工程的实际需要，各工程的节点实验大多数由实际工程的参建单位掌握，缺少系统的推广途径和权威性。 参考文献： [1]王开飞，李挺.装配式剪力墙住宅结构设计[J].中国住宅设施，2016（3）：17-20. [2]罗伟阳.浅析住宅建筑剪力墙结构设计[J].中华民居旬刊，2014（1）：87-88. [3]王开飞，李挺，邵长昊.装配整体式剪力墙结构全过程设计[J].城市住宅，2016,23（6）：37-41. [4]张新娜.装配整体式混凝土结构设计与应用[D].邯郸：河北工程大学，2013. [5]徐晔桢.预制装配式剪力墙结构住宅建筑的设计[J].建筑施工，2013（10）：928-930. 责任编辑：孙苏,李红 Abstract：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. Keywords：prefabrication;sheer wall;superimposed slab;prefabrication ratio;fabrication ratio 中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：1671-9107（2017）03-0031-04 doi：10.3969／j.issn.1671-9107.2017.03.031 收稿日期：2017-01-17 作者简介：向渊明（1979-），男，重庆人，本科，高级工程师，主要从事结构设计工作。 |
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