預制裝配式剪力墻住宅建筑的設計要點分析

郭旭靜，越 淼，菅小東，姚春斌

（山西建投遠大建筑工業股份有限公司，山西 太原 030100）

近年來，裝配式建筑備受關注。2016年起，國務院及全國各地政府相繼出臺鼓勵發展裝配式建筑的政策文件；國家、行業及地方的裝配式建筑技術標準密集頒布實施；以萬科、碧桂園為代表的大型房地產企業強勢進入裝配式建筑領域，形成自己特有的技術體系；央視“厲害了我的國”也對此進行專題報道：裝配式建筑，“積木”搭高樓，詳細介紹了碧桂園建筑新技術——SSGF工業化建造體系，其四大核心理念是科技創新、安全共享、綠色可持續、優質高效。隨著人們生活水平的逐步提高，建筑工作人員對現場工作條件有了更高的需求，不愿意再在惡劣的環境中作業，裝配式建筑應運而生。

1 預制裝配式混凝土建筑的結構體系及設計要點

1.1 常用的結構體系

裝配式混凝土結構可歸納為三大類，即裝配式框架結構體系、裝配式剪力墻結構體系、裝配式框架—剪力墻結構體系，實際的項目可根據工程的建筑高度、平面特點、所在地的設防烈度和抗震等級等來選擇相應的結構體系。

裝配式框架結構一般由預制柱、預制主次梁、疊合樓板、外掛墻板、預制樓梯等部件組成。其具有清晰明確的傳力途徑，能夠靈活分割空間，提高裝配效率，減少現場濕作業，是預制裝配選擇的最佳結構形式。裝配式剪力墻結構是由預制墻板、疊合梁、疊合板組成的裝配式結構，對具有固定使用功能的住宅建筑來說，其具有更好的適用性[1]。

1.2 預制裝配式混凝土建筑設計參考流程

與傳統的設計流程相比，裝配式建筑的設計流程更復雜、更精細、更綜合。其具體設計流程如圖1所示，每個設計階段的分析要點如下。

1.2.1 技術策劃

在裝配式建筑的設計中，對項目實施起到決定性作用的步驟為前期技術策劃。建筑師和結構師應協同工作，結合建筑使用功能、PC工廠生產能力、施工現場安裝要素等條件確定結構體系，制訂合理的技術措施，為下一步的設計工作提供依據。

1.2.2 方案設計

平、立面設計需以技術策劃為基礎，在滿足使用功能的前提下，遵循預制構件“少規格，多組合”的原則，通過模數協調提高模具的重復使用效率，實現建筑的模數化和標準化，并結合裝配式建筑的特點，達到立面多樣化與個性化的要求。

1.2.3 初步設計

在實際工作中，應結合各相關專業協同設計。在提前分析強、弱電管線的預留預埋、開關點位布置的前提下，同時進行經濟評估，分析影響項目造價的要素，明確最終的技術方案。

1.2.4 施工圖設計

在施工圖設計階段，要進一步深化、優化初步設計階段的設計理念。各專業依據設備設施、裝飾裝修、PC工廠等上下游廠商提供的技術參數，完成易于操作、便于落地的預制構件大樣圖，做好相關的詳圖設計，重點是處理好節點防火、防水、隔聲和系統的集成設計。

1.2.5 構件加工圖設計

協同設計單位、生產單位、施工單位三方完成構件加工圖設計工作。建立協同的工作機制，預制構件的設計應與PC工廠生產工藝、施工措施密切配合，并且利用BIM技術提高預制構件的設計完成度和精準度。預制構件加工圖除了要精準反映部件的加工尺寸、類型、連接形式和預埋管線的定位之外，還需滿足PC工廠生產、運輸、現場裝配施工等相關過程的安全與技術要求。

1.3 預制裝配式剪力墻住宅建筑的設計要點

1.3.1 總圖規劃設計

在裝配式剪力墻的住宅建筑總圖設計中，構件的運輸、存放和吊裝問題是設計的前提。因此，要提前確定構件的運輸路線，布置其臨時存放施工場地，充分計算構件的吊裝設備，看其是否滿足安全、經濟和合理布置的原則。

1.3.2 平面設計

大開間的平面布局是剪力墻住宅建筑的最佳選擇。合理布置剪力墻、公共空間管井位置，明確功能分區。主體結構的布置應簡單、規則，剪力墻應上下貫通，懸挑與突出部分不宜過大，且不宜有較多的平面凹凸。模數協調原則是裝配式建筑平面的設計原則，優化預制構件的尺寸和種類，可以實現住宅預制產品的標準化、系列化和通用化。

1.3.3 立面設計

預制裝配式建筑的立面設計既要考慮工廠生產的標準化，裝配式施工的系統化，還要在堅持模數化設計的前提下通過標準模塊的多樣化組合，實現建筑形體和空間的變化。

1.3.4 樓面設計

樓面設計應遵循標準化和模數化的原則，盡可能減少類型，節約成本，同時，要盡量采用大尺寸的樓板，以便有效節約工時，提高效率。另外，公共區域、降板位置等應考慮現澆，疊合板的現澆層應確保其內預埋電氣、水暖管線的合理、安全布置。

1.3.5 預制墻板設計

1.3.5.1 預制外墻板的拆分

裝配式剪力墻住宅建筑的外墻板宜全部采用預制部件，由設計單位提供相應的拆分圖紙，并遵循以下原則：①結合立面效果，綜合考慮結構現澆部位和施工要素，合理拆分墻板；②以經濟性為前提，以模數化、標準化為原則，優化類型，節約成本；③預制構件的尺寸需考慮項目的經濟性、PC工廠的生產能力、現有的運輸條件及施工現場的組織能力等。

1.3.5.2 預制墻板的節點設計

連接節點處的構造設計是裝配式剪力墻結構的設計重點。預制外墻板的垂直縫、水平縫、門窗洞口等位置的構造要求，材料選用應滿足建筑的防水、防火、耐久等性能的要求，且同時應滿足構造合理、生產快捷、施工簡便、堅固耐久等相關要求。

1.3.6 預制樓梯的設計

現澆的混凝土樓梯支模復雜，工時比較長，具有施工質量通病。而由工廠預制的混凝土樓梯則與其相反，具有快捷、質優、節省等特點，且外觀質量好，現場施工方便、節約模板，大大縮短了工期，減少了建筑垃圾等，同時，住宅層高統一，能實現預制樓梯的模數化、標準化。

2 預制裝配式剪力墻住宅建筑的工程實例

2.1 工程概況

泰瑞城項目位于太原市晉源區，位于長風商務區西側，毗鄰晉陽湖和西山森林公園，地理位置優越，規劃合理，總用地面積約為2.69×105m2。為了推動住宅產業化發展，泰瑞城項目選取I標段4#、5#、6#和8#樓作為裝配式建筑示范樓。該標段建筑均為29層的高層單元式住宅，總建筑面積為110722.75 m2，設計層高為3 m，總建筑高87.450 m，滿足《裝配式混凝土建筑技術標準》（GB/T 51231—2016）第5.1.2條8度（0.2 g）限高90 m的要求。

該項目采用裝配整體式高層剪力墻結構體系，采用灌漿套筒的連接形式。加強區豎向構件（剪力墻）為現澆結構，水平構件（板）為疊合構件；非加強區剪力墻部分預制，水平構件為疊合構件；同時，陽臺板、女兒墻等維護結構部分也采用裝配的方式。

2.2 戶型選取

為了便于PC工廠的標準化生產，提高生產效率，設計單位優化建筑平面，如圖2所示。

以4#樓為例，它是由兩梯四戶的單元對稱構成，以保證結構的整體平衡。每戶均為3室的經典戶型，平面平整，減少凹凸，南北承重墻對應布置，精減開間類型，以滿足預制外墻板標準化的要求。

在外形的選取上，既有臥室、廚房的普通平開窗，也有客廳的落地開窗，亦有飄窗、陽臺、空調板等幾種構件，使該項目更具有代表性。

2.3 疊合樓板的構造設計

本工程樓板疊合層厚度為60 mm，現澆層厚度為70 mm，轉換層和屋面層的現澆厚度為90 mm，充分保證了設備管線的布設，同時還采用雙向板板縫節點設計方式，如圖3所示。

考慮到施工安裝的可操作性，本項目設計板縫寬為300 mm，既能滿足雙向板的受力要求，又為加工和安裝提供便利，同時便于工廠標準化生產。

2.4 預制墻板的構造設計

本工程的結構體系為裝配整體式剪力墻結構，預制外墻板由外頁板+保溫層+內頁板三部分構成，由灌漿套筒連接，參與結構的整體受力。其中，內頁板為200 mm厚的鋼筋混凝土墻體，保溫層為60 mm厚的擠塑聚苯板，外頁板為60 mm厚的鋼筋混凝土墻，可達到太原市節能保溫的要求。另外，內頁板的長度小于外頁板，將內頁板的四周預留鋼筋，通過后澆混凝土將兩片預制外墻連接成整體，如圖4所示。

2.5 預制外墻板的拆分設計

本工程以確保建筑平面規整為準則，按照以下原則進行外墻板的拆分：①分縫嚴禁設置在門、窗洞口位置；②分縫盡量設置在剪力墻T形相交位置，以利于2片外墻板與內墻連接為整體，加強建筑結構的整體性能；③充分考慮PC工廠的生產、道路運輸、施工現場組織等因素，控制外墻板的外形尺寸和質量；④盡可能地減少外墻板的種類，提高模具的重復利用率，節約成本，提高經濟效益。基于上述原則劃分的預制外墻板的拆分情況如圖5所示。

從圖5中可以看出，標準層外墻板有17種類型。據統計，每種外墻板模具的重復使用次數均達到100次以上。對于整幢樓來說，模具的重復使用率極高，節約了項目的生產成本，達到了示范效應。

2.6 預制墻板的防水設計

本工程的外墻板全部為預制構件，因而在組裝時會形成層間水平縫和開間豎向縫，所以，結構的防水、整體等性能皆直接由接縫的性能決定。因此，需要系統的分析預制墻板接縫的設計理念、構造做法的施工措施。本項目具體做法如圖6、圖7所示。

3 結束語

近年來，我國預制裝配式建筑高速發展，結合建筑項目設計施工要求，充分了解PC工廠生產能力，全面考慮各方面要素，提高對預制裝配式建筑的分析研究，加強各專業之間的聯系，實現設計單位、構件生產單位、施工單位之間的協同，積累工業化建筑的施工經驗，綜合各方面的技術資源對裝配式建筑進行優化設計，是推動建筑工業化發展的有效手段。本文僅為實際工程的總結，因筆者在裝配式工程方面的經驗比較少，再加上理論專業水平有限，該文存在一定的局限性，但仍希望相關闡述能夠為今后的裝配式剪力墻高層住宅設計提供借鑒和參考。

［1］ 樊則森.預制裝配式建筑設計要點［J］.住宅產業，2015（8）.

［2］ 趙中宇，鄭姣.預制裝配式建筑設計要點解析［J］.住宅產業，2015（9）.

［3］ 宋竹.預制裝配式建筑的設計要點分析［J］.住宅與房地產，2016（6）.

［4］ 張菊，傅東.淺談裝配式建筑的結構設計要點［J］.商品與質量，2016（41）.

［5］ 范桂清.預制裝配式建筑設計實踐及相關問題的探討［J］.低碳世界，2016（20）：136-139.

［6］ 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，2013，35（10）：928-930.

［7］ 樊則森.裝配式建筑設計要點及案例精講［R］.裝配式建筑專題.［出版地不詳］：［出版者不詳］，2017.

［8］ 曲藝，劉迪，張然，等.裝配式剪力墻結構體系在萬科金域藍灣建筑中的應用［J］.工業建筑，2013，43（9）：165-168.

［9］ 中國建筑標準設計研究院有限公司.GB/T 51231—2016裝配式混凝土建筑技術標準［S］.北京：中國建筑工業出版社，2017.