預制裝配式剪力墻結構設計思路的研究與分析

李炎錫 盧文楓 劉云 朱海峰

摘 要：剪力墻結構屬于建筑承重結構，該結構不僅能夠對建筑物水平作用進行抵抗，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。也正是因為該結構在建筑物中的重要作用，業內人士都加大了對該結構設計的研究力度，本文也將從設計原則分析入手，對于預制裝配式剪力結構設計展開深度探究，期望能夠對該結構施工提供一定助益。

關鍵詞：節點連接；剪力墻結構；設計原則；預制構件

運用預制裝配方式所制成的剪力墻結構，具有施工便捷、高效以及安全等方面的優勢，在現代建筑行業中應用極為廣泛。因為現代規模都相對較大，且構建種類相對較少，所以該種剪力墻結構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，優勢極多。結構設計作為結構施工的依據與基礎，想要確保預制裝配式剪力墻結構能夠與建筑工程施工要求相符合，就需要制定出高質量的結構設計方案。

1 結構設計原則

1.1 總體設計原則

在進行剪力墻結構設計時，需要按照建筑物設計方案以及用戶需求等因素，重點對預制構件連接以及總體施工概念進行設計，并要結合施工實況，對超靜定結構進行科學使用，并要對結構設計方案落實可行性進行分析，以便及時對其進行調整。同時要按照實況對連接構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選擇，以保證剪力墻結構的穩定程度。此外還應對重要傳力部位以及構建進行冗余約束，如果有必要，則需要增加傳力途徑與防連續倒塌設計，并要在進行連接節點設計過程中，對節點構造連接方式進行科學安排，保證結構受力與傳力的合理性，確保其承載能力能夠達到一定水平，且耐久性以及結構延性都能達到相應標準[1]。

1.2 構件拆分設計原則

在進行構件拆設計時，設計人員需要遵守的原則主要體現在4個方面：第一，模數應保持協調，應按照施工要求對預制構件用料以及尺寸大小進行確定，要在保證拆分構件模數協調的基礎上，對構件使用種類進行限制；第二，要對構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數值；第三，應保證構件連接接縫的便捷性，并要對構件傳力路徑進行確定，要確保整體結構的承載能力水平，保證建筑物使用安全程度；第四，在對拆分預制構件進行設計過程中，應將構件吊裝施工情況考慮到其中，應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交底，要對預制構件施工方式以及質量驗收方式進行重點講解[2]。

2 結構設計流程

首先，在進行結構設計時，設計人員需要對甲方具體施工需要進行確定，并要對實際施工環境進行考量；其次，要對各環節施工技術做好規劃，并要將項目技術特點考慮到其中，保證構件能夠更加模數化、標準化，從而達到降低模板使用數量，強化預制、安裝效率的目的；最后，要按照人體工程學原理，按照用戶實際使用需求對房間面積進行設計，確保用戶使用舒適程度，并要按照模數協調西原則對開間與進深尺寸進行科學設置。

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

3 預制裝配式剪力墻結構具體設計方案

3.1 連接設計

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

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

3.2 預制墻體設計

在進行預制墻體設計過程中，設計人員首先應對平面進行科學劃分，應將現澆部分與構件部分組合形成長肢剪力墻。設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量。

在進行墻體豎向節點連接過程中，應運用半灌漿套筒將豎向鋼筋連接在一起，并將其預埋在墻體其中，使其能夠和縱筋以螺紋連接的方式組合起來，且要在現場進行灌漿連接，以完成節點連接工作。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，整體預制墻應保持一定的厚度[5]。同時為減少不必要的現場作業以及灌漿套筒工作任務，保證構件工廠化模式的順利實施，在進行設計時，應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。此外還應按照鋼筋預留距離，對灌漿以及套筒預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面，以便后期操作的便利性。

3.3 抗震設計

自然災害具有較強的破壞性，因此現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計過程中，設計人員還需對結構抗震性能進行設計。首先，要對建筑物整體抗震設防烈度以及抗震設防類別等數據數值進行明確，同時要對信息技術軟件進行使用，要對雙向地震扭轉以及單向地震偶然偏心情況進行著重考慮，要按照國家規定的建筑物抗震設計相應規定，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，應保證結構底部剪力數值能夠振型分解數值65%以上。

3.4 預制墻與現澆梁連接節點設計

如圖1所示，在進行預制墻體與現澆梁節點連接過程中，應選擇運用剪力墻設置梁槽與預留梁支座，并進行現場澆筑完成節點連接。其中梁槽的高度應設置在460毫米左右，而寬度則應與現澆梁寬度保持一致，且剪力墻支承長度應于墻體厚度相同[7]。按照設計規范，設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。同時要將現澆梁中的縱向鋼筋鑲嵌到現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計，應保證該項工作能夠與錨固長度相符合。

3.5 疊合樓板設計

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

4 結構設計思考

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

5 結束語

設計人員在對預制裝配式剪力墻結構進行設計過時，不僅要對設計原則以及設計流程進行明確，同時還應對節點連接、疊合樓板以及抗震等環節進行科學設計，要將現場實際施工情況以及剪力墻設計規范等影響因素考慮到其中，科學對每一項工序進行設計，要從細節入手對結構的每項設計進行細化，從而制定出高質量的結構設計方案，為剪力墻結構施工質量提供保障，確保其可靠性以及安全性能夠達到一定水平。

參考文獻

[1]沙乃健.裝配式剪力墻住宅結構設計分析[J].住宅與房地產，2016，（36）：49.

[2]蔣杰.裝配式剪力墻結構設計案例分析[J].住宅產業，2017，（1）：34-43.

[3]余輝云，馬珂.預制裝配式剪力墻結構設計及若干問題探討[J].安徽建筑，2016，（5）：212-213，231.

[4]張勇勝.裝配式剪力墻結構體系在某高層住宅中的應用[J].低碳世界，2016，（36）：195-196.

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[6]向淵明，金山，羅昭軍.預制裝配式剪力墻結構設計思路[J].重慶建筑，2017，（3）：31-34.

[7]李萌.高層預制裝配式剪力墻結構設計及墻體拆分研究[J].江西建材，2017，（9）：27，29.

[8]徐曄楨.預制裝配式剪力墻結構住宅建筑的設計[J].建筑施工，2013，（10）：928-930.

（作者單位：1.華北理工大學建筑工程學院；2.華北理工大學材料科學與工程學院）