國內(nèi)常用裝配式混凝土剪力墻住宅技術體系及設計要點研究

文/廣東博意建筑設計院有限公司 盧 松

0 引言

長期以來，我國混凝土建筑市場主要以現(xiàn)場手工作業(yè)的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式為主，工業(yè)化程度低，生產(chǎn)管理粗放，材料損耗大，質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)能耗高。隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高，社會環(huán)保意識增強，節(jié)能減排已成為我國能源發(fā)展的基本國策。建筑行業(yè)作為能源消耗大戶更需進行工業(yè)化改造，發(fā)展裝配式建筑可謂是建筑業(yè)節(jié)能減排的重要途徑。

裝配式混凝土建筑是指以工廠化生產(chǎn)的預制構(gòu)件為主，施工現(xiàn)場通過裝配連接而成的混凝土結(jié)構(gòu)建筑，將現(xiàn)場復雜的現(xiàn)澆交叉作業(yè)放到機械化工廠進行集約式生產(chǎn)，可實現(xiàn)多專業(yè)集成及一體化生產(chǎn)，具有提高建筑質(zhì)量及效率、減少人工成本及能耗等優(yōu)勢，近年來得到國家的大力支持。

1 國內(nèi)常用裝配式剪力墻住宅技術體系分類

我國幅員遼闊，自然、人文與地理條件差異明顯，不同的氣候條件、抗震設防要求、建筑特點及政策導向使各地在發(fā)展裝配式建筑過程中形成適用于當?shù)氐募夹g體系。本文所指裝配式剪力墻住宅技術體系是根據(jù)不同裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)所采用的主要預制構(gòu)件種類及連接構(gòu)造方式進行劃分，國內(nèi)目前常用裝配式剪力墻技術體系主要分為5類，分別為現(xiàn)澆豎向構(gòu)件-預制水平構(gòu)件體系、預制夾心保溫剪力墻體系、預制非夾心保溫剪力墻體系、內(nèi)澆外掛剪力墻體系及雙面疊合剪力墻體系。不同體系的技術特點、常用構(gòu)件種類、優(yōu)缺點及適用范圍如表1所示。

2 各技術體系設計要點

2.1 現(xiàn)澆豎向構(gòu)件-預制水平構(gòu)件體系

現(xiàn)澆豎向構(gòu)件-預制水平構(gòu)件體系是指結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件采用現(xiàn)澆混凝土，僅水平構(gòu)件采用預制混凝土結(jié)構(gòu)體系。該體系抗側(cè)力結(jié)構(gòu)仍采用現(xiàn)澆，從受力角度分析，仍屬于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，因此其適用范圍最廣，可用于各類混凝土、鋼結(jié)構(gòu)建筑。該體系主要采用預制疊合樓板、陽臺、空調(diào)板、樓梯等構(gòu)件，各類型構(gòu)件關鍵設計要點如下。

1）疊合樓板 常采用普通鋼筋桁架疊合樓板，由下部預制混凝土底板和上部現(xiàn)澆混凝土疊合層組成。樓板總厚度為130～160mm，其中預制底板和現(xiàn)澆疊合層厚度不小于60mm。當現(xiàn)澆疊合層中需敷設強弱電線管時，其厚度不小于70～80mm。疊合板預制底板最大寬度受生產(chǎn)、運輸、吊裝控制，根據(jù)運輸限寬控制為2.5m；其最大跨度主要受脫模、起吊、運輸、安裝等短暫工況控制，不宜超過6m。

2）預制陽臺板、空調(diào)板 在住宅產(chǎn)品中，陽臺板和空調(diào)板均為懸挑構(gòu)件，陽臺板外挑長度為1.2～1.5m，空調(diào)板外挑長度為0.6～0.8m。其中，陽臺板可采取疊合與全預制2種形式，板厚取130～160mm。當采用板式受力預制陽臺時，為增強陽臺板與現(xiàn)澆主體的整體性，宜采用疊合陽臺板；當采用梁式受力預制陽臺時，為減少現(xiàn)場濕作業(yè)，可采取全預制陽臺，但陽臺板根部宜預留部分疊合范圍，以避免板端貫通接縫后期開裂影響防水效果（見圖1）。空調(diào)板因其無管線預埋且尺寸較小，一般采用全預制板，板厚可取80～100mm，上鐵鋼筋錨入相連現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

3）預制樓梯 在住宅項目中，樓梯是標準化程度較高的構(gòu)件，適合采用預制。其安裝便捷，可實現(xiàn)清水飾面效果，免除二次裝修，在裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)中應用廣泛。為增強樓梯間四周墻體的側(cè)向約束，休息平臺板一般采用現(xiàn)澆，預制梯段與梯段挑耳采用銷鍵連接。其中，梯段上端采用固定鉸、梯段下端采用滑動鉸連接，應保證滑動位移量不小于主體結(jié)構(gòu)大震下的層間位移，即滑動支座與主體結(jié)構(gòu)間的預留變形量不小于梯段高度的1/50，連接節(jié)點如圖2所示。

2.2 預制夾心保溫剪力墻體系

預制夾心保溫剪力墻體系是指外墻采用預制夾心保溫剪力墻的結(jié)構(gòu)體系。預制夾心保溫剪力墻板由內(nèi)葉墻、外葉墻和夾心保溫層3部分組成，3層材料之間由保溫拉結(jié)件連接為整體。夾心外墻板可同時滿足結(jié)構(gòu)、保溫、裝飾、防水、防火、現(xiàn)澆節(jié)點外模板等作用，集成度高，大幅減少現(xiàn)場工序，且保溫層得到外葉板保護，耐久性大大增加，適用于我國東北、華北等嚴寒和寒冷地區(qū)。根據(jù)該體系特點，在設計環(huán)節(jié)需注意以下事項。

表1 國內(nèi)常用裝配式剪力墻住宅技術體系特點及適用范圍

1）預制夾心保溫墻板宜沿外墻布置連續(xù)閉合，避免中斷，否則將帶來外模板工藝、保溫裝飾等因做法轉(zhuǎn)換、新舊工藝結(jié)合部位較難處理等問題。

2）墻板拆分應注重標準化、模數(shù)化以減少板型，兼顧現(xiàn)澆節(jié)點和預制墻板標準化。

3）因外葉板較薄且為非受力構(gòu)件，夾心保溫墻板體系對復雜立面造型限制較大，需結(jié)合立面要求合理設計瓷磚反打、石材反打、硅膠膜外葉墻或清水飾面效果。

2.3 預制非夾心保溫剪力墻體系

預制非夾心保溫剪力墻體系是指外墻采用非夾心保溫剪力墻的結(jié)構(gòu)體系。該墻板只預制單層混凝土墻體，相較于夾心保溫墻板減少了外葉板和保溫層，無法實現(xiàn)結(jié)構(gòu)、保溫及裝飾一體化，主要適用于我國華中、華南等夏熱冬冷、夏熱冬暖地區(qū)。根據(jù)該體系特點，設計環(huán)節(jié)需注意以下事項。

1）可通過單層墻板端部外挑，充當水平后澆帶外模板（見圖3），取消施工中后澆帶的支模工序。

2）單層墻板 因外側(cè)無夾心保溫和外葉板，灌漿縫外側(cè)封漿難度較大，當采用膠條封倉時，對墻板有效截面削弱較大，且暴露于外立面上，不宜采用；當采用座漿料封倉時，需采取可靠施工工藝，防止產(chǎn)生裂縫導致漏漿污染外墻，也可采用外側(cè)附加外模板進行封堵。

2.4 內(nèi)澆外掛剪力墻體系

內(nèi)澆外掛剪力墻體系是指主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆，僅全部或部分非承重圍護墻采用預制并作為內(nèi)側(cè)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)外模板的結(jié)構(gòu)體系。其外掛墻板考慮風荷載及地震作用，不參與主體結(jié)構(gòu)受力，但滿足適應主體結(jié)構(gòu)層間位移角變形的能力。外掛墻板加工及施工相對簡單，成本較低，在我國香港、深圳及部分華中地區(qū)有一定應用。

1）連接方式 外掛墻板與主體結(jié)構(gòu)的連接方式可分為線支撐和點支撐2種，在剪力墻結(jié)構(gòu)中常采用線支撐連接方式，即外掛墻板在頂部與內(nèi)側(cè)現(xiàn)澆梁進行線連接，墻板兩側(cè)與主體結(jié)構(gòu)不連接或弱連接，底部與主體結(jié)構(gòu)采用限位鋼筋或限位連接件固定的連接方式。該種連接方式下，外掛墻板上下層之間通過后澆混凝土連接，層間防水、防火、隔聲性能較好，但因其與主體結(jié)構(gòu)通過線連接的方式形成整體，對主體結(jié)構(gòu)剛度造成影響，適應主體結(jié)構(gòu)變形的能力較差，需考慮其整體計算與節(jié)點構(gòu)造。

2）連接節(jié)點 某項目采用預制外掛凸窗水平連接節(jié)點構(gòu)造做法，即采用上述線支撐連接方式，其墻板兩側(cè)及下側(cè)僅伸出構(gòu)造連接鋼筋，并采用XPS隔板將外掛墻板與主體結(jié)構(gòu)分離，有利于釋放主體結(jié)構(gòu)位移（見圖4）。

圖1 全預制陽臺板根部預留部分疊合范圍

圖2 預制樓梯支座連接節(jié)點構(gòu)造

圖3 單層墻板端部局部外挑

2.5 雙面疊合剪力墻體系

雙面疊合剪力墻體系指采用工廠預制的內(nèi)外兩葉墻板，二者通過桁架鋼筋連接，中間預留空腔，并在現(xiàn)場經(jīng)過二次澆筑混凝土疊合形成整體剪力墻結(jié)構(gòu)體系。該墻板通過全自動流水線生產(chǎn)，自動化程度高，具有生產(chǎn)效率及加工精度高、整體性好、防水性能優(yōu)越等特點。根據(jù)該體系特點，在設計環(huán)節(jié)需注意以下事項。

1）疊合剪力墻結(jié)構(gòu)墻體間接縫數(shù)量多且構(gòu)造復雜，相關試驗研究和工程實踐有限，其最大適用高度較現(xiàn)澆剪力墻控制更嚴格，不同抗震設防烈度下最大適用高度較現(xiàn)澆剪力墻降低20～60m。

2）GB/T 51231-2016《裝配式混凝土建筑技術標準》規(guī)定，雙面疊合剪力墻的邊緣構(gòu)件核心連接區(qū)域宜全部采用現(xiàn)澆，暗柱既可采用疊合暗柱，也可采用全后澆暗柱。根據(jù)工程實際需要和雙面疊合墻板內(nèi)外葉可制作不同長度的特點，DG/TJ 08-2266—2018《裝配整體式疊合剪力墻結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》給出邊緣構(gòu)件局部預制、局部現(xiàn)澆的做法，可免除外部或內(nèi)部腳手架搭設（見圖5）。

3 結(jié)語

不同氣候條件、抗震設防要求、建筑特點及政策導向促使各地出現(xiàn)多樣化的裝配式技術體系。由于不同技術體系采用的預制構(gòu)件種類及連接方式不同，其在裝配式建筑平面布局、立面風格、構(gòu)件拆分及細部防水、防火節(jié)點設計方面的要求差異較大，設計人員在設計環(huán)節(jié)需了解不同技術體系的技術特點和適用范圍，掌握其設計要點，根據(jù)其特點進行技術策劃和方案設計，以實現(xiàn)較好的經(jīng)濟目標。

圖4 某項目預制外掛凸窗水平連接節(jié)點構(gòu)造做法

圖5 雙面疊合剪力墻邊緣構(gòu)件部分現(xiàn)澆部分預制