預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計思路的研究與分析

李炎錫 盧文楓 劉云 朱海峰

摘 要：剪力墻結(jié)構(gòu)屬于建筑承重結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不僅能夠?qū)ㄖ锼阶饔眠M行抵抗，同時還能完成對空間的分割，使整體建筑布局更加清晰，在高層建筑中最為常用。也正是因為該結(jié)構(gòu)在建筑物中的重要作用，業(yè)內(nèi)人士都加大了對該結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究力度，本文也將從設(shè)計原則分析入手，對于預(yù)制裝配式剪力結(jié)構(gòu)設(shè)計展開深度探究，期望能夠?qū)υ摻Y(jié)構(gòu)施工提供一定助益。

關(guān)鍵詞：節(jié)點連接；剪力墻結(jié)構(gòu)；設(shè)計原則；預(yù)制構(gòu)件

運用預(yù)制裝配方式所制成的剪力墻結(jié)構(gòu)，具有施工便捷、高效以及安全等方面的優(yōu)勢，在現(xiàn)代建筑行業(yè)中應(yīng)用極為廣泛。因為現(xiàn)代規(guī)模都相對較大，且構(gòu)建種類相對較少，所以該種剪力墻結(jié)構(gòu)能夠高效率完成施工，且施工成本以及施工用料也能控制在合理范圍內(nèi)，優(yōu)勢極多。結(jié)構(gòu)設(shè)計作為結(jié)構(gòu)施工的依據(jù)與基礎(chǔ)，想要確保預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)能夠與建筑工程施工要求相符合，就需要制定出高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

1.1 總體設(shè)計原則

在進行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要按照建筑物設(shè)計方案以及用戶需求等因素，重點對預(yù)制構(gòu)件連接以及總體施工概念進行設(shè)計，并要結(jié)合施工實況，對超靜定結(jié)構(gòu)進行科學(xué)使用，并要對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案落實可行性進行分析，以便及時對其進行調(diào)整。同時要按照實況對連接構(gòu)造施工方案進行確定，并要對受力鋼筋連接接頭方式進行科學(xué)選擇，以保證剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度。此外還應(yīng)對重要傳力部位以及構(gòu)建進行冗余約束，如果有必要，則需要增加傳力途徑與防連續(xù)倒塌設(shè)計，并要在進行連接節(jié)點設(shè)計過程中，對節(jié)點構(gòu)造連接方式進行科學(xué)安排，保證結(jié)構(gòu)受力與傳力的合理性，確保其承載能力能夠達到一定水平，且耐久性以及結(jié)構(gòu)延性都能達到相應(yīng)標準[1]。

1.2 構(gòu)件拆分設(shè)計原則

在進行構(gòu)件拆設(shè)計時，設(shè)計人員需要遵守的原則主要體現(xiàn)在4個方面：第一，模數(shù)應(yīng)保持協(xié)調(diào)，應(yīng)按照施工要求對預(yù)制構(gòu)件用料以及尺寸大小進行確定，要在保證拆分構(gòu)件模數(shù)協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，對構(gòu)件使用種類進行限制；第二，要對構(gòu)件拼接部分承受能力進行控制，保證該部分受力不會超過相應(yīng)數(shù)值；第三，應(yīng)保證構(gòu)件連接接縫的便捷性，并要對構(gòu)件傳力路徑進行確定，要確保整體結(jié)構(gòu)的承載能力水平，保證建筑物使用安全程度；第四，在對拆分預(yù)制構(gòu)件進行設(shè)計過程中，應(yīng)將構(gòu)件吊裝施工情況考慮到其中，應(yīng)在安全施工的前提下，對吊裝施工進行保障，并要在具體施工之前對施工方進行技術(shù)交底，要對預(yù)制構(gòu)件施工方式以及質(zhì)量驗收方式進行重點講解[2]。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計流程

首先，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員需要對甲方具體施工需要進行確定，并要對實際施工環(huán)境進行考量；其次，要對各環(huán)節(jié)施工技術(shù)做好規(guī)劃，并要將項目技術(shù)特點考慮到其中，保證構(gòu)件能夠更加模數(shù)化、標準化，從而達到降低模板使用數(shù)量，強化預(yù)制、安裝效率的目的；最后，要按照人體工程學(xué)原理，按照用戶實際使用需求對房間面積進行設(shè)計，確保用戶使用舒適程度，并要按照模數(shù)協(xié)調(diào)西原則對開間與進深尺寸進行科學(xué)設(shè)置。

在進行設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要對裝配率以及預(yù)制率進行合理設(shè)計，要按照項目特點，對使用構(gòu)件進行科學(xué)選擇，如果構(gòu)件太異形或種類單一，則不應(yīng)運用預(yù)制方式而應(yīng)直接進行澆筑，以免影響構(gòu)件制作效率。

3 預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)具體設(shè)計方案

3.1 連接設(shè)計

如果處于同一樓層，則預(yù)制墻板通常會以水平以及豎向圈梁或現(xiàn)澆帶為主，可以達到可想的墻體以及樓蓋連接效果。在進行連接設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要按照構(gòu)件連接性能，對連接技術(shù)以及連接模式進行選擇，要保證連接構(gòu)造能夠與結(jié)構(gòu)整體設(shè)計模型相一致，以便預(yù)制墻實際施工便利性[3]。同時在進行預(yù)制墻連接現(xiàn)澆過程中，應(yīng)對縱橫墻相交位置進行明確，且要保證剪力墻邊緣構(gòu)件能夠集中在陰影區(qū)域之中。

在進行現(xiàn)澆設(shè)計時，設(shè)計人員一方面要保證L型與T型墻的水平長度應(yīng)控制在300mm以內(nèi)；一方面在進行預(yù)制墻側(cè)邊抗裂連接設(shè)計時，要保證現(xiàn)澆段寬度保持在200mm以上，且其數(shù)值應(yīng)高于墻體厚度最大數(shù)值，以確保了連接縫的抗裂參數(shù)能夠達到相應(yīng)標準；另一方面設(shè)計人員應(yīng)對樓板安裝縫以及預(yù)制墻底部施工用料進行合理選擇，同時安裝縫應(yīng)運用灌漿技術(shù)對其進行填實處理[4]。

3.2 預(yù)制墻體設(shè)計

在進行預(yù)制墻體設(shè)計過程中，設(shè)計人員首先應(yīng)對平面進行科學(xué)劃分，應(yīng)將現(xiàn)澆部分與構(gòu)件部分組合形成長肢剪力墻。設(shè)計人員只需按照建筑受力特征，在外墻T形受力處以及端部放置連接部分，且不用對中間進行連接，以降低豎連接中的鋼筋使用數(shù)量。

在進行墻體豎向節(jié)點連接過程中，應(yīng)運用半灌漿套筒將豎向鋼筋連接在一起，并將其預(yù)埋在墻體其中，使其能夠和縱筋以螺紋連接的方式組合起來，且要在現(xiàn)場進行灌漿連接，以完成節(jié)點連接工作。但因為套筒的直徑要遠遠大于鋼筋直徑，所以除必要的保護層厚度之外，整體預(yù)制墻應(yīng)保持一定的厚度[5]。同時為減少不必要的現(xiàn)場作業(yè)以及灌漿套筒工作任務(wù)，保證構(gòu)件工廠化模式的順利實施，在進行設(shè)計時，應(yīng)運用鋼筋等面代換方式，運用大直徑鋼筋與套筒連接在一起。此外還應(yīng)按照鋼筋預(yù)留距離，對灌漿以及套筒預(yù)埋位置以及灌漿口與出漿口位置進行確定，要將灌漿套筒放置在上層墻體之中，并要將出漿口以及灌漿口放置在外墻側(cè)面，以便后期操作的便利性。

3.3 抗震設(shè)計

自然災(zāi)害具有較強的破壞性，因此現(xiàn)代社會對于建筑物抗震性能的要求極高，所以在進行剪力墻設(shè)計過程中，設(shè)計人員還需對結(jié)構(gòu)抗震性能進行設(shè)計。首先，要對建筑物整體抗震設(shè)防烈度以及抗震設(shè)防類別等數(shù)據(jù)數(shù)值進行明確，同時要對信息技術(shù)軟件進行使用，要對雙向地震扭轉(zhuǎn)以及單向地震偶然偏心情況進行著重考慮，要按照國家規(guī)定的建筑物抗震設(shè)計相應(yīng)規(guī)定，對地震計算進行合理分析[6]。此外在進行建筑物彈性時程分析時，要以單條時程曲線作為計算基準，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)底部剪力數(shù)值能夠振型分解數(shù)值65%以上。

3.4 預(yù)制墻與現(xiàn)澆梁連接節(jié)點設(shè)計

如圖1所示，在進行預(yù)制墻體與現(xiàn)澆梁節(jié)點連接過程中，應(yīng)選擇運用剪力墻設(shè)置梁槽與預(yù)留梁支座，并進行現(xiàn)場澆筑完成節(jié)點連接。其中梁槽的高度應(yīng)設(shè)置在460毫米左右，而寬度則應(yīng)與現(xiàn)澆梁寬度保持一致，且剪力墻支承長度應(yīng)于墻體厚度相同[7]。按照設(shè)計規(guī)范，設(shè)計人員需要對剪力墻以及其平面交叉樓面梁相連情況考慮到計算之中。同時要將現(xiàn)澆梁中的縱向鋼筋鑲嵌到現(xiàn)澆梁與剪力墻頂部暗梁，并要參考鋼筋伸長度對配筋方式進行設(shè)計，應(yīng)保證該項工作能夠與錨固長度相符合。

3.5 疊合樓板設(shè)計

在進行疊合樓板設(shè)計過程中，設(shè)計人員可以按照預(yù)制板接縫長度以及構(gòu)造，進行雙向板以及單向板設(shè)計規(guī)劃。而與之疊合板的接縫節(jié)點主要分為非貫通式以及貫通式兩種：非貫通式節(jié)點通常會采用預(yù)制板直接連接的方式，并不會直接使用鋼筋，且會運用單向板模式進行設(shè)計；而貫通式節(jié)點會運用后澆混凝土將預(yù)制板連接起來，在預(yù)制板四周會預(yù)留受力筋并連續(xù)對板進行作用，會運用雙向板模式進行設(shè)計。設(shè)計人員應(yīng)保證預(yù)制底板的模數(shù)化以及標準化能夠與經(jīng)濟性要求相符合，應(yīng)盡量運用整間中大型板，從而對預(yù)制構(gòu)件數(shù)量進行科學(xué)控制，達到提高施工效率與質(zhì)量的目標。同時需要注意的是，雙向板在進行配筋計算過程中，應(yīng)始終低于單向板，且在進行設(shè)計過程中，設(shè)計人員可以通過對按繞度控制的方式，對板厚數(shù)值進行確定，通常按照雙向板模式對疊合板設(shè)計比較合理，最終計算結(jié)果也較為理想[8]。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計思考

隨著經(jīng)濟新常態(tài)的推廣，我國建筑也開始向現(xiàn)代化、綠色化以及高效化方向進行了發(fā)展，而預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)與現(xiàn)代建筑施工趨勢極為符合，具有較為明顯的節(jié)時以及節(jié)材優(yōu)勢，可以達到理想的經(jīng)濟效益水平，因此其勢必會成為今后剪力墻結(jié)構(gòu)建設(shè)的主流。但由于多方面原因，該結(jié)構(gòu)目前仍存在著有待提高之處，主要體現(xiàn)在兩方面：第一，豎向預(yù)制構(gòu)件連接。因為我國建筑行業(yè)工人體系并沒有達到一定水平，基礎(chǔ)建筑工人多以進城務(wù)工人員為主，導(dǎo)致個體綜合素質(zhì)差異相對較大，這就會對豎向構(gòu)件連接質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，即便設(shè)計方案質(zhì)量較高，最終施工效果也可能達不到預(yù)期目標，所以設(shè)計人員應(yīng)對構(gòu)件水平受力構(gòu)件實施最大化預(yù)制，并要運用預(yù)制輕質(zhì)隔板進行豎向非承重構(gòu)件設(shè)計，最大限度對最終施工質(zhì)量進行保證；第二，對于構(gòu)件抗震性以及節(jié)點接連研究有待提高，這樣的現(xiàn)狀會直接造成節(jié)點連接手段較為單一，成體系以及實體實驗也缺少相應(yīng)的節(jié)點衡量指標，這也是相關(guān)人員需要注意的內(nèi)容。國內(nèi)相關(guān)部門應(yīng)加大對結(jié)構(gòu)以及相關(guān)內(nèi)容的研究力度，不斷對節(jié)點連接形式進行豐富，確保預(yù)制裝配式墻結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠更加科學(xué)、高質(zhì)。

5 結(jié)束語

設(shè)計人員在對預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)進行設(shè)計過時，不僅要對設(shè)計原則以及設(shè)計流程進行明確，同時還應(yīng)對節(jié)點連接、疊合樓板以及抗震等環(huán)節(jié)進行科學(xué)設(shè)計，要將現(xiàn)場實際施工情況以及剪力墻設(shè)計規(guī)范等影響因素考慮到其中，科學(xué)對每一項工序進行設(shè)計，要從細節(jié)入手對結(jié)構(gòu)的每項設(shè)計進行細化，從而制定出高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，為剪力墻結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量提供保障，確保其可靠性以及安全性能夠達到一定水平。

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（作者單位：1.華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院；2.華北理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院）