某裝配整體式剪力墻結構拆分及深化設計分析
——以福建省某裝配整體式剪力墻結構高層住宅為例

曾 盛

(廈門上城建筑設計有限公司 福建廈門 361012)

1 項目概況

該項目位于福建省泉州市,項目總建筑面積216 935.80m2，地上建筑面積175 105.80m2,地下建筑面積41 830.00m2。由10棟高層住宅、物業用房、變配電室及單層地下車庫組成，高層住宅33～34層。選取平面及戶型均一致的6#樓、7#樓、8#樓采用裝配式建造。裝配式建筑實施面積占比為21.1%>20%, 滿足用地指標要求。各樓棟預制率為15.16%>15.0%,滿足福建省工業化建筑認定管理(試行)辦法[1]。

2 裝配式混凝土建筑設計內容及流程

裝配式混凝土建筑設計工作內容如表1所示。裝配式混凝土建筑拆分及深化設計流程如圖1～圖2所示。

圖1 項目采用裝配式建造概況

階段建筑設計裝配式建筑設計土地獲取①戶型配比;②層數;③建筑高度。①當地裝配式政策要求:裝配率、預制率要求;面積占比要求;獎勵政策。②單體裝配式實施可行性及是否需要采用精裝修等預制率增加項(福建省地區政策)。概念方案①主體棟型;②總圖布局。①棟型分析、優化(滿足標準化、模數化、系列化要求);②裝配體系確定;③裝配范圍初步界定;④預制構件種類確定。方案設計①根據裝配優化建議,方案深度到位;②完成方案設計。①根據建設單位要求、裝配式建筑建筑面積要求、建設單位分期建設、施工標段劃分、建設單位預售要求、現場施工組織及戶型標準化要求,確定總圖中裝配式建筑樓棟;②確定裝配式建筑構件范圍;③明確預制構件種類、數量;④核算裝配率、預制率。初步設計①各專業按總體階段深度要求進行設計,功能分析,提資修改;②完成初步設計。①樓棟拆分方案;②建筑三維模型分析、預制構件優化;③主要裝配連接構造設計;④結構布置優化、結構模型分析;⑤施工可行性分析建議;⑥構件生產成本分析建議。施工圖設計①平、立、剖面圖;②大樣節點細化;③確定室內布點、機電點位;④完成施工圖設計。①裝配式建筑、結構、設備設計說明;②提供裝配式構造節點;③提供特殊裝配式構造,確認方案;④施工塔吊選型、場地道路設置原則、PC構件堆場布置。

圖2 裝配式混凝土建筑拆分及深化設計流程

3 裝配式混凝土建筑拆分要點

拆分設計時，宜使預制構件滿足建筑使用功能、模數、標準化的要求，優化預制構件尺寸，減少預制構件種類，方便現場裝配連接。預制構件的形狀及重量應能滿足構件生產廠家的生產條件、交通運輸的可行性和施工吊裝設備的要求，具體如表2～表3所示。

表2 預制構件的重量限制

表3 預制構件的尺寸、形狀限制

注：①預制廠到施工現場道路過窄，大型車輛轉彎調頭要求、中途有橋梁限重、限高天橋、限高隧道等，均會對預制構件尺寸形成限制。

②福建區域一般住宅項目控制疊合梁、疊合板不大于2t,預制樓梯不大于5t,具體需結合塔吊布置及選型要求優化預制構件重量。

③貨車超出18.1×2.55×4m(長×寬×高)之一運輸時,屬于超限運輸，需要提前申請。正常運輸時構件最大尺寸為13×2.5×2.8m(長×寬×高)(拖車臺面高度1.2m)[2]。

目前車道最大寬度3.75m，橋隧最大凈空高度5m，超限運輸時構件最大尺寸為 3.75×3.9m(寬×高)，長度不限制。

(1)疊合板拆分要點：在板的次要受力方向拆分，板縫垂直于板的長邊；在板的受力小的部位分縫；板的寬度不超過運輸超寬的限制和工廠生產線模臺寬度的限制；盡可能統一或減少板的規格；有管線穿過的樓板，拆分時考慮避免與鋼筋或桁架筋的沖突；板縫避開燈具、接線盒或吊扇位置。相對于寬縫連接的雙向疊合板，單向疊合板板側不出筋便于生產，施工現場采用密縫做法可節省現澆帶模板，便于現場施工，但存在板縫不平整及開裂的風險。

(2)疊合梁拆分要點：主次梁交接時，最好是次梁預制主梁現澆，如主次梁均預制，采用鋼筋套筒連接、主梁上預留后澆段、企口連接、鋼企口連接[3]等；兩個垂直相交次梁拆分時，一級次梁一般現澆，若一級次梁預制，垂直該梁交接處采用預留后澆段，預制梁需要預留套筒或出筋，為方便吊裝運輸，一般不用后者；對受力較大的梁，采用疊合梁不能滿足要求時，采用現澆梁(例如受力較大的連梁、框架梁，需滿足《裝規》 6.5.1條梁端接縫受剪承載力要求)[4]；考慮梁底筋長度限制，底筋長度一般不宜大于12m；疊合梁預制部分高度一般不小于梁高40%；疊合梁預制部分梁端需滿足設置抗剪鍵(槽)要求，疊合梁預制部分最小總高不宜小于200mm。

(3)預制樓梯拆分要點：對于樓梯間外甩、剪力墻無樓板支撐時，樓梯宜采用現澆，梯板側向與剪力墻整澆；預制樓梯宜采用上端固定鉸接下端滑動鉸接的連接方式，也可采用上端固定(出筋現澆)下端滑動鉸接；雙跑樓梯采用整段預制板式樓梯；剪刀樓梯，采用整段預制板式樓梯，當樓梯重量過重，結合塔吊平面布置提高塔吊型號增加費用時，采用整段預制梁式樓梯、分段預制樓梯或采取踏步內設置芯筒等減重措施的預制樓梯(表4)。

表4 預制樓梯重量參考值

該項目高層住宅部分均采用剪力墻結構，選取6#樓、7#樓、8#樓采用裝配式建造。采用的預制構件類型包括：疊合板、預制樓梯、疊合梁，拆分方案詳見表5、圖3。

表5 6#樓、7#樓、8#樓預制構件分布及預制率占比

圖3 標準層預制構件平面布置圖

4 預制構件深化設計要點

4.1 疊合板深化設計要點

當預制板間按分離式接縫，按單向板設計，長寬比不大于3的四邊支承疊合板；當預制板采用整體式接縫或不接縫時，按雙向板設計[5]。該項目疊合板按雙向板設計，預制疊合板采用整體式接縫(設現澆帶連接)，如圖4所示。該項目北側部分開間剪力墻端，未設置框架梁，疊合板底鋼筋支座處采用圖5加強板鋼筋錨固的做法。疊合板深化設計流程如圖6所示。

圖4 雙向疊合板-現澆區接縫構造

圖5 北側剪力墻端未設置框架梁開間處：雙向疊合板-板端支座構造

圖6 疊合板深化設計流程

疊合板的吊點設置，宜使吊點處板面的負彎矩與吊點之間的正彎矩大致相等。疊合板的生產、運輸及施工階段驗算，一般由脫模階段控制。脫模起吊時，疊合板截面承載力計算由單根鋼筋桁架和鋼筋混凝土板組成的等效組合梁為單元進行驗算，確保混凝土不開裂、上弦筋受拉不屈服、上弦筋受壓不失穩、桁架下弦筋及板內受力鋼筋不屈服、鋼筋桁架吊點支座處斜筋不失穩及吊點承載力應滿足要求。疊合板采用4點起吊時，吊點位置如圖7所示；采用6點起吊時，吊點位置如圖2所示。一般情況下，疊合板跨度在3.9m以下、寬2.4m以下的板，設置4個吊點(圖7)；跨度在4.2m～6.0m，寬2.4m以下的板,設置6個吊點(圖8)。邊緣吊點距板的端部不宜過大，長度小于3.9m的板，懸臂段不大于600mm;長度為4.2m～6.0m的板，懸臂長度不大于900mm。

圖7 疊合板4點起吊吊點設置

圖8 疊合板6點起吊吊點設置

4.2 疊合梁深化設計要點

疊合梁預制部分長度，按兩端搭接于墻端或柱端10mm確定；疊合梁預制部分高度，按結構梁高減去梁兩側最大板厚確定，并考慮降板影響；疊合梁頂存在疊合樓板時，考慮制作偏差、施工安裝偏差、標高調整方式和封堵方式等影響，疊合梁預制部分高度再多減少10mm；疊合梁頂疊合層厚度框架梁不宜小于150mm，次梁不宜小于120mm[4]；疊合梁邊梁在臨邊梁上側做返邊時，返邊高度不宜超過200mm；疊合梁預制部分與后澆層結合面應設置粗糙面，粗糙面凹凸深度不小于6mm[5]；疊合梁預制部分梁端應設置鍵槽且宜設置粗糙面，構造要求如圖9所示[3]。

疊合梁預制部分吊點布置應使吊點處預制梁面的負彎矩與吊點之間的正彎矩大致相等。吊點按重心位置對稱布置，沿梁厚居中布置；端部吊點距邊最大尺寸不宜大于1000mm,兩吊點之間最大間距不宜大于2400mm，且不宜布置在梁箍筋加密區，如圖9所示。

圖9 疊合梁預制部分梁端鍵槽構造示意

疊合梁預制部分配筋設計時，明確梁底筋、箍筋、腰筋、拉筋等鋼筋規格、牌號、間距、抗震要求等。

(1)疊合梁底筋：梁底支座鋼筋越多，施工難度越大，根據《16G101》采用底筋部分錨入支座內做法，減少底筋錨入支座內數量，如圖10所示；框架梁與墻柱齊平時，梁底側面鋼筋與墻柱鋼筋碰撞，則將底筋按1∶6水平彎折錨入支座，或將梁底側邊受力筋內移，并設置不錨入支座的構造鋼筋，如圖10～圖11所示；疊合梁底筋采用機械錨固時，注意機械錨固端頭的凈距要求：當不滿足時，采用增加部分底筋錨固長度，使其錯開；疊合梁在支座交匯時，為避免梁底鋼筋碰撞，將左、右梁底鋼筋分別上、下1∶6豎向彎折，避免碰撞，如圖10所示。

圖10 疊合梁底縱筋豎向避讓詳圖

(2)疊合梁箍筋：抗震等級為一、二級框架梁的梁端加密區，采用封閉箍，疊合梁受扭時，采用整體封閉箍筋；整體封閉箍筋的搭接部分，宜設計在預制部分。其余情況，為方便梁面現澆疊合層鋼筋綁扎，將箍筋設計為組合封閉箍筋，但會增加現場箍筋帽的綁扎工作。

(3)疊合梁腰筋：區分抗扭腰筋、構造腰筋的錨固要求：疊合梁腰筋與墻、柱縱筋碰撞時，將其按1∶6水平彎折，錨入支座(圖11)；疊合梁底筋及腰筋在梁端出筋時，注意避開梁端抗剪鍵(槽)(圖12)。

圖11 疊合梁底縱筋水平避讓詳圖(一)

圖12 疊合梁底縱筋水平避讓詳圖(二)

4.3 預制樓梯深化設計要點

該項目預制樓梯，采用上端固定鉸接于梯梁挑耳(圖13)，下端滑動支承于梯梁挑耳上(圖14)，基本消除了地震作用下梯板對主體結構受力和剛度的影響，結構傳力清晰，計算結果可靠。預制樓梯不出鋼筋，梯板制作、運輸、吊裝、就位等方便快捷。采用此做法時，梯梁會向內有所移動，一般梯梁后移300mm～500mm，樓梯間門口上方有梁，且影響樓梯間照明燈具布置，注意與建筑及電專業溝通。

圖13 預制樓梯固定鉸接節點

圖14 預制樓梯滑動鉸接節點

預制樓梯采用“立式”“臥式”、組合立模生產等。當采用“立式”生產時，樓梯側面布置吊點用于脫模，雙跑樓梯側面吊點放置于梯井一側，保證樓梯生產和脫模吊裝底面平整，避免模具底面架空，減少脫模吊裝樓梯凸角磕碰損壞；吊點布置盡量保證吊點中心與樓梯重心重合，采用“立式”生產時，雙跑樓梯梯板較薄，脫模吊點布置于梯板側面；吊點沿梯板厚度方向調整空間受限，由于踏步的存在，沿厚度方向無法保證中心重合，脫模時地面采取防護措施，且脫模時應保證混凝土強度達到100%，或在下側踏步邊緣配置構造防裂鋼筋網。

5 結語

裝配式鋼筋混凝土結構拆分及深化設計，是集成一體化的設計，涵蓋全專業、全過程，設計應實現全過程協調。拆分及深化設計過程，應整合設計全專業，并考慮工廠制作、運輸、現場施工安裝等可行性和便利性要求。