框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系在預制裝配式建筑中的應用研究

上海城建市政工程（集團）有限公司 上海 200065

1 問題的提出及研究背景

預制混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)是預制混凝土結(jié)構(gòu)中的一種重要結(jié)構(gòu)型式，它是將預制混凝土柱、預制梁，以及墻體在工廠加工制作后運至施工現(xiàn)場，通過預埋件、預留孔道灌漿、機械鋼套筒連接或現(xiàn)澆混凝土等方法裝配形成整體的混凝土結(jié)構(gòu)形式[1-3]。已有研究表明，墻體水平和豎向連接是影響預制混凝土剪力墻受力性能的關(guān)鍵受力部位，其性能將直接影響預制混凝土框架剪力墻整體結(jié)構(gòu)的受力性能。

鑒于此，上海城建市政工程（集團）有限公司根據(jù)上海市政府關(guān)于大力發(fā)展預制裝配式建筑產(chǎn)業(yè)的構(gòu)想，在總結(jié)多年研究成果的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種適用于預制混凝土框架結(jié)構(gòu)的，安全可靠、構(gòu)造簡單、施工方便的新型預制混凝土框架結(jié)構(gòu)體系方案。本文即以代表——上海閔行區(qū)浦江鎮(zhèn)瑞和新城05-02地塊為研究背景，著重從KT板（預制樓板）、疊合梁（預制梁）、疊合陽臺板（預制陽臺）、預制柱、預制墻板、預制樓梯等構(gòu)件方面介紹預制混凝土框架結(jié)構(gòu)體系的施工技術(shù)。

上海浦江鎮(zhèn)瑞和新城05-02地塊建筑面積為51 460 m2，由4 幢18 層和1 幢14 層的高層住宅組成，全部為預制裝配式住宅，采用框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系（圖1）。

圖1 上海浦江鎮(zhèn)瑞和新城部分建筑外觀

2 預制混凝土構(gòu)件儲存與吊裝

本次依托的項目為預制混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，其中框架柱、樓板、框架梁、陽臺板均為預制結(jié)構(gòu)，剪力墻、樓梯為部分現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

2.1 預制混凝土構(gòu)件儲存

2.1.1 預制混凝土構(gòu)件的進場驗收

（a）預制混凝土構(gòu)件的進場堆放完成后要進行預制混凝土構(gòu)件的驗收工作，驗收內(nèi)容包括構(gòu)件的外觀、尺寸、預埋件、特殊部位處理等方面。檢查頻率為100%。

（b）運輸車輛運抵現(xiàn)場卸貨前要進行預制混凝土構(gòu)件質(zhì)量檢查。對特殊形狀的構(gòu)件或特別要注意的構(gòu)件要放置在專用臺架上認真進行檢查。

（c）預制混凝土構(gòu)件驗收時如果發(fā)現(xiàn)運輸時產(chǎn)生影響結(jié)構(gòu)、防水和外觀的裂縫、破損、變形等狀況時，與工程監(jiān)理評估能否繼續(xù)使用這些構(gòu)件。

（d）通過目測對全部構(gòu)件進行接收檢查時的主要檢查項目如下：

構(gòu)件名稱，構(gòu)件編號，生產(chǎn)日期，構(gòu)件上的預埋件位置、數(shù)量，構(gòu)件裂縫、破損、變形等情況，后期零部件，從構(gòu)件突出的鋼筋等狀況。

2.1.2 臨時堆放

構(gòu)件臨時堆放時主要防止外力造成傾倒或落下，并采取保護措施保證構(gòu)件不會發(fā)生變形。

（a）立柱堆放。立柱堆置時，高度不宜超過2 層，且高度不宜超過2.0 m。且須于兩端0.2L～0.25L（L指預制混凝土構(gòu)件長度，不包括出筋長度）間墊上木頭，若立柱有裝飾石材時，預制混凝土構(gòu)件與木頭連接處還需采用塑料墊塊進行支承[4]。上層立柱起吊前仍須水平平移至地面上，方可起吊，不可直接于上層就起吊。

（b）大小梁堆放（圖2）。大小梁堆置時，高度不宜超過2 層，且高度不宜超過2.0 m，實心梁須于兩端0.2L～0.25L（L為梁的長度，不包括出筋長度）間墊上木頭，若為薄殼梁則須將木頭墊于實心處，不可讓薄殼端受力。

圖2 預制梁堆置

（c）KT板堆放（圖3）。KT板不可超過5 片高[5]，堆置時于兩端0.2L～0.25L（L為梁的長度，不包括出筋長度）間墊上木頭，且地坪必須堅硬，板片堆置不可傾斜。預制板的堆放可以疊層堆放，但疊層數(shù)應小于5 層。層與層之間通過枕木隔開，但枕木放置的位置要上下在一條垂直線上。其中最下層板與枕木之間須用塑膠墊片隔開，以避免地面的水漬通過枕木吸收后污染構(gòu)件表面。

圖3 KT板堆放

（d）外墻板堆放。墻板平放時不應超過3 層，每層支點亦須于兩端0.2L～0.25L間，且需保持上下支點位于同一線上；如果施工現(xiàn)場空間有限，可采用鋼支架將預制外墻板立放，但須加安全塑料繩固定，放置時板材外飾面朝外，墻板擱支盡量避免與剛性支架直接接觸，可用一枕木或者軟性墊片加以隔開，避免碰壞墻板，并將墻板底部墊枕木或者軟性的墊片。

（e）樓梯或陽臺堆放。樓梯或異型構(gòu)件若須堆置2 層時，必須考慮支撐是否會不穩(wěn)，且不可堆置過高，必要時應設(shè)計堆置工作架以保障堆置安全。

2.2 預制混凝土構(gòu)件吊裝流程

預制柱吊裝工程→預制柱節(jié)點采用無收縮水泥灌漿→預制墻板吊裝工程→現(xiàn)澆剪力墻柱鋼筋工程→現(xiàn)澆剪力墻柱模板工程→預制主梁吊裝工程→預制次梁吊裝工程→預制板吊裝工程→預制陽臺板吊裝工程→梁板現(xiàn)澆部分鋼筋工程→混凝土澆筑工程。最優(yōu)化標準層工期為9 d。

3 預制混凝土結(jié)構(gòu)高精度測量及連接技術(shù)

3.1 高精度GPS測量系統(tǒng)應用

高層建筑的平面控制點基準的傳遞，一般常規(guī)采用方法有吊線錘鉛直投點法、經(jīng)緯儀交會投測法、激光垂準儀投點法和精密天頂儀或天底儀投點法等；高程基準傳遞采用的方法有吊鋼尺法、全站儀三角高程法、全站儀天頂測距法等。

GPS靜態(tài)相對定位采用載波相位觀測為基本觀測量，將GPS接收機固定架設(shè)在待測點位上，任意2 臺GPS接收機同步觀測同一組衛(wèi)星從而構(gòu)成基線。GPS靜態(tài)相對定位通過一定時間（≥30 min）觀測數(shù)據(jù)準確確定整周模糊度，采用不同載波相位觀測量的線性組合，有效地消除或者減弱衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差以及電離層和對流層的折射誤差等，提高了定位精度[6]。這一定位方法是當前GNSS定位中精度最高的一種方法，在精度要求較高的測量工作中，均采用這種方法，該法也被稱為經(jīng)典靜態(tài)相對定位法。為了增強幾何強度，改善定位精度，通常采用多臺GNSS接收機同步觀測，使每2 臺單獨測定的基線向量聯(lián)結(jié)成三角形向量網(wǎng)，可以檢核和控制多種誤差對觀測量的影響，從而在提高定位精度的同時，也保證了數(shù)據(jù)處理結(jié)果準確性的置信度。

在超高層建筑中，常規(guī)方法需要各樓層間預留基準傳遞投點用的通視孔，也存在不同樓層間傳遞誤差累計，而GPS定位技術(shù)作為先進的新技術(shù)，有一定優(yōu)越性，其定位精度高、速度快，全天候，無需點間通視，并且誤差不積累，可同時提供平面和高程的三維坐標信息。因此本PC項目采用GPS靜態(tài)相對定位法，用于高層的平面和高程基準傳遞。

3.1.1 GS15測量基線精度

用徠卡Viva GS15 GNSS雙頻接收機做靜態(tài)測量時能夠達到很高的精度，標稱精度達3 mm+0.5 ppm，則靜態(tài)測量基線的中誤差可按照GPS基線向量的弦長精度公式計算：

式中：a——固定誤差，單位為mm；

b——比例誤差；

S——基線距離，單位為km。

本項目各點間平均距離在0.5 km左右，所以基線精度為：

3.1.2 實際施測情況

對本項目前期5 幢樓的外圍控制點布設(shè)如圖4所示。GPS1、GPS2、GPS3、GPS4為平面控制點，埋設(shè)固定觀測墩，由更高一級的控制點按照GPS規(guī)范的D級要求進行觀測；BM1、BM2、BM3是高程控制點，采用中誤差為±3 mm/km的徠卡DNA03電子水準儀按照三等水準測量規(guī)范，獲得高程值。分別作為樓層施工時的平面和高程傳遞的起算數(shù)據(jù)。

圖4 PC項目控制點分布

將上述平面控制點和高程控制點進行一次GPS靜態(tài)聯(lián)測，保留觀測數(shù)據(jù)。在后期每次引測基準數(shù)據(jù)到樓頂時，只需要將4 臺GNSS接收機分別架設(shè)在如GPS1、GPS2以及樓頂?shù)腉PSA、GPSB這4 個點上同步觀測一個時段，見圖5。

圖5 樓層基準點與控制點聯(lián)測

將前期平面和高程控制點聯(lián)測GPS觀測數(shù)據(jù)和本次引測GPS觀測數(shù)據(jù)同時導入LEICA Geo Office軟件，統(tǒng)一進行基線解算，檢核重復基線是否合格，然后進行無約束平差計算，最后采用徠卡獨有的一步法方式進行基準投影坐標轉(zhuǎn)換。

一步法中高程和平面點位的轉(zhuǎn)換是分開進行計算的，在平面點位轉(zhuǎn)換中，首先將WGS84地心坐標投影到臨時的橫軸墨卡托投影，然后通過平移、旋轉(zhuǎn)和比例變換使之與計算的“真正的”投影相符合；高程轉(zhuǎn)換則采用簡單的一維高程擬合。該轉(zhuǎn)換方法的已知點的高程誤差和平面點位誤差互不影響，并且高程已知點和平面已知的點可以不必是同一個點。

與常規(guī)測量相比，GPS測量系統(tǒng)的應用極大地提高了建筑測量的精度，也給施工提供了方便的計算方法。

3.2 預制混凝土構(gòu)件連接技術(shù)

預制混凝土構(gòu)件的連接主要采用以下4 種：焊接連接（鋼板和鋼板的連接、鋼板和鋼筋的連接以及鋼筋和鋼筋的連接采用焊接連接）、鋼筋的機械式連接（預制柱的連接采用套筒灌漿續(xù)接）、現(xiàn)澆混凝土連接、砂漿連接（主次梁的連接采用結(jié)構(gòu)砂漿連接）。

預制柱之間的連接采用套筒續(xù)接器連接，再灌注高強度無收縮水泥砂漿。采用套筒續(xù)接砂漿連接的鋼筋，其屈服強度標準不應大于500 MPa，且抗拉強度標準值不應大于630 MPa。高強度無收縮水泥砂漿強度要達到80 MPa以上。

4 結(jié)語

從上海閔行區(qū)浦江鎮(zhèn)瑞和新城經(jīng)適房項目實施PC 結(jié)構(gòu)的效果來看，解決了預制件豎向受力體系連接、現(xiàn)場施工控制和檢驗困難等問題，確保了豎向受力體系轉(zhuǎn)預制后等同現(xiàn)澆；另外通過對梁、柱、樓板、樓梯及外墻板結(jié)構(gòu)的工廠預制及現(xiàn)場拼裝施工，可使整個建筑的預制率達到70%以上，提高了施工效率并達到了節(jié)能環(huán)保的目的。