裝配式剪力墻結構體系在某高層住宅中的應用

張勇勝（湖南省建筑設計院，湖南長沙410011）

裝配式剪力墻結構體系在某高層住宅中的應用

張勇勝（湖南省建筑設計院，湖南長沙410011）

本文以湖南省湘潭市某安居小區21#棟為例，對預制裝配式剪力墻結構體系在高層住宅中的應用作了簡單分析，對比了裝配式剪力墻結構與傳統現澆混凝土結構的受力特點，對剪力墻、梁、板等預制構件的連接構造作了介紹，并對設計中需注意的問題作了歸納，對裝配式剪力墻結構體系的推廣與應用具有一定的參考意義。

裝配式剪力墻；預制構件；連接構造

1 工程概況

2 結構計算

21#棟地上總建筑面積15180m2，地上33層，地下1層，建筑高度99.60m。一層層高5.2m，標準層層高2.95m。建筑效果圖見圖1，標準層建筑平面圖見圖2。

圖1 效果圖

圖2 標準層建筑平面圖

本工程為標準設防類，設計使用年限50年，抗震設防烈度為Ⅵ度，基本地震加速度0.05g，設計地震分組為第一組，場地土類別Ⅱ類，抗震等級為三級，基本風壓為0.35kN/m2，地面粗糙度類別為B類。

本工程采用預制裝配式剪力墻結構體系，受力墻體采用預制剪力墻板，其中邊緣構件采用現澆混凝土，墻體厚度200mm；樓板采用120mm厚疊合樓板，含60mm厚預制層和60mm厚現澆層；內隔墻采用預制墻板；梁采用疊合梁。此外，根據《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）[1]，一層～四層樓面范圍為底部加強區，本工程在此高度內受力墻體采用現澆混凝土；同時，根據建筑平面布置，樓梯間和電梯間相關范圍內墻柱、梁板均采用現澆混凝土，樓板配置雙層雙向鋼筋。

本工程分別建立了裝配式剪力墻結構模型和現澆剪力墻結構模型作對比，計算軟件采用北京盈建科軟件有限責任公司開發的YJK系列結構設計軟件（1.7.0版）。

2.1 結構布置對比

結構平面布置如圖3～4所示。

圖3 裝配式剪力墻標準層結構平面圖

圖4 現澆剪力墻標準層結構平面圖

現澆剪力墻結構平面圖中，剪力墻按L形布置，除計算需要外，L形墻長肢長度為8h（h為墻厚），短肢長度按有翼墻長度的最小值。裝配式剪力墻結構中，因外墻保溫、面層等均同受力墻體一起預制，如外墻采用填充墻，則需搭設腳手架進行外墻面層等施工，額外增加了工程量，所以剪力墻布置原則為外墻滿布，門窗處開墻洞，再根據計算結果，局部增加內剪力墻。

計算分析中，預制剪力墻結構與現澆剪力墻結構各類參數基本相同，不同之處在于預制剪力墻結構需勾選“裝配式結構”，并對剪力墻地震內力系數進行放大，放大系數為1.1。

2.2 計算結果對比

本工程采用YJK軟件進行小震彈性計算分析，假定樓板在其自身平面內無限剛性，主要指標計算結果見表1。

表1 主要指標計算結果

從表1計算結果中可看出，兩個模型各項指標均滿足國家規范的要求，未出現結構超限的情況。但裝配式剪力墻結構第一平動周期和最大層間位移角均遠小于現澆剪力墻結構，其原因在于現澆剪力墻結構的剪力墻布置時考慮的是各墻肢均勻受力，控制其墻肢長度與軸壓比，而裝配式剪力墻結構外墻布滿剪力墻，再根據各墻肢軸壓比計算結果，局部增加內剪力墻，從圖3～4中可看出，剪力墻長度大于現澆結構，且剪力墻大多布置在結構外圍，對結構整體抗側剛度貢獻大于布置在內部。但因剪力墻總體長度增加，整體結構的自重也大于現澆剪力墻結構。

3 施工圖設計

與傳統現澆混凝土剪力墻結構施工圖相比，除了墻柱、梁板、基礎等平法施工圖外，裝配式剪力墻結構施工圖增加了預制墻板模板圖、配筋圖，以及疊合梁、疊合板、陽臺板等預制構件的做法大樣。本工程參考《湖南省裝配式結構住宅圖集33層混凝土結構城鎮住宅（＜100m）（一）》[2]中的做法：受力剪力墻采用預制墻板，預制外墻板中保溫材料采用擠塑苯板（XPS），窗下墻輕質填充材料采用模塑聚苯板（EPS），預制剪力墻中豎向鋼筋連接采用套筒灌漿連接。本文以含一個窗洞的預制外墻板為例，簡述裝配式剪力墻預制外墻板結構構造做法。

圖5 預制外墻板模板圖

對于裝配式剪力墻結構，各預制剪力墻拼接處為薄弱部位，因此各層樓面位置，預制剪力墻頂部無后澆圈梁時，需設置連續的水平后澆帶，保證剪力墻拼接部位傳力的連續性；同時，同一樓層相鄰剪力墻豎向拼縫處，設置抗剪鍵槽。

4 設計中需注意的問題

（1）剪力墻的布置。預制外墻板在工廠加工時已自帶保溫和面層，如外墻采用填充隔墻，則需另搭設腳手架進行施工，產生額外的工程費用，因此，外墻按滿剪力墻設置，僅在門窗處開墻洞。

（2）預制剪力墻板的長度。預制剪力墻板的長度根據運輸條件和現場吊裝能力確定，過長、過重的預制墻板均會造成施工困難。

（3）剪力墻穩定問題。剪力墻的穩定問題較多出現在樓電梯間和設備井處，樓梯采用預制梯段，與剪力墻無連接，如剪力墻的另一側也無樓板，則該處剪力墻兩側均無拉結，平面外的計算長度為全樓高度，墻肢穩定驗算無法通過。出現此類情況時，建議預制梯段與剪力墻采用角鋼連接，提供平面外的約束，減小剪力墻平面外計算長度。

（4）樓電梯間相關區域內墻、梁、板采用現澆混凝土，提高結構整體穩定性。

5 裝配式剪力墻結構的不足與發展前景

目前，裝配式結構受到客觀條件的制約。如在前文中所述的，裝配式剪力墻結構比現澆剪力墻結構自重大，增加了混凝土量，也增加了造價，根據工程經驗，目前裝配式剪力墻結構比傳統現澆結構造價高了約20%。主要是因為目前裝配式結構尚處于探索階段，未形成大規模的生產能力。此外，傳統現澆混凝土可塑性大，可實現建筑的各類造型，而對于裝配式結構而言，批量生產才能控制成本，小規模的造型構件預制需單獨開模，也相應增加了造價。

裝配式結構有如節約資源、減少施工污染、提高勞動效率等優點，我國目前尚處于起步階段。發達國家預制混凝土結構在土木工程中的比重達到40%以上，我國裝配式混凝土結構尚有很大的發展空間。

6 結束語

本文以湖南省湘潭市某安居小區21#棟為例，對預制裝配式剪力墻結構體系在高層住宅中的應用作了簡單分析，對比了裝配式剪力墻結構與傳統現澆混凝土結構的受力特點，對剪力墻、梁、板等預制構件的連接構造作了介紹，并對設計中需注意的問題作了歸納，對裝配式剪力墻結構體系的推廣與應用具有一定的參考意義。

[1]中華人民共和國行業標準.《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）.北京：中國建筑工業出版社，2013：77～79.

[2]湖南省工程建設標準設計圖集.裝配式結構住宅-33層混凝土結構城鎮住宅（＜100m（一））.

TU973.16

A

2095-2066（2016）36-0195-02

2016-12-12

張勇勝（1987-），中級工程師，碩士研究生，主要從事高層與復雜結構設計工作。