疊合剪力墻體系保溫集成應(yīng)用改進與對比分析

趙 輝，于文洪

（上海中森建筑與工程設(shè)計顧問有限公司，上海 200333）

1 背景

對于裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)，目前行業(yè)應(yīng)用較多的豎向預(yù)制承重構(gòu)件為全截面預(yù)制剪力墻，其連接方式多為套筒連接；其構(gòu)件重，套筒連接困難，施工質(zhì)量不易控制，連接存在安全隱患，拼縫位置易滲水，對吊裝設(shè)備要求高，預(yù)制構(gòu)件造價高等問題存在。

DG/TJ08-2266—2018《裝配整體式疊合剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》于2018年11月1日發(fā)布執(zhí)行，T/CECS 579—2019《裝配整體式鋼筋焊接網(wǎng)疊合混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》于2019年6月1日發(fā)布執(zhí)行，2本規(guī)范所闡述的技術(shù)規(guī)程均為疊合剪力墻，豎向及水平連接方式均采用鋼筋不接觸間接搭接技術(shù)，避免套筒連接，簡化連接方式；疊合空腔內(nèi)采用現(xiàn)澆混凝土，提高了整體性，有效避免了外墻滲水問題；疊合空腔結(jié)構(gòu)，同尺寸構(gòu)件僅為全截面預(yù)制剪力墻構(gòu)件重量的一半，可降低吊裝設(shè)備性能要求，預(yù)制構(gòu)件尺寸可進一步增大，減少構(gòu)件拼縫數(shù)量；預(yù)制疊合構(gòu)件側(cè)面不出筋設(shè)計，模具設(shè)計簡單，可滿足機械自動化加工，提高構(gòu)件生產(chǎn)效率，符合工業(yè)化特征，降低成本，發(fā)揮裝配式工業(yè)化優(yōu)勢（見圖1，2）。

圖1 桁架鋼筋疊合剪力墻

圖2 鋼筋焊接網(wǎng)疊合剪力墻

鑒于疊合剪力墻優(yōu)勢及配套技術(shù)規(guī)程陸續(xù)發(fā)布執(zhí)行，以及自動化生產(chǎn)設(shè)備投入使用，全國已有多個疊合剪力墻項目的實踐應(yīng)用，根據(jù)實際應(yīng)用情況總結(jié)對比，疊合剪力墻技術(shù)無論在成本上還是在施工效率上，均體現(xiàn)出一定優(yōu)勢，但在實際工程應(yīng)用中尚存不足，有待設(shè)計、生產(chǎn)、施工各環(huán)節(jié)研究改進。

2 疊合剪力墻概述

2.1 結(jié)構(gòu)體系

1）定義采用豎向疊合與水平疊合于一體的整體疊合結(jié)構(gòu)形式，利用混凝土疊合原理，把豎向疊合構(gòu)件（柱、墻）、水平疊合構(gòu)件（板、梁）、墻體邊緣約束構(gòu)件（現(xiàn)澆）等通過現(xiàn)澆混凝土結(jié)合為整體，充分發(fā)揮了預(yù)制混凝土構(gòu)件和現(xiàn)澆混凝土的優(yōu)點。

2）疊合剪力墻結(jié)構(gòu)體系構(gòu)件包括疊合柱、疊合梁、疊合樓板、疊合剪力墻。

3）疊合剪力墻結(jié)構(gòu)特點實現(xiàn)豎向結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)的整體疊合，并避免套筒連接。

2.2 結(jié)構(gòu)體系特點

[1]采用機械自動化成型鋼筋籠或桁架筋連接方式。[2]自重輕，較全截面預(yù)制構(gòu)件自重減輕50%，對塔式起重機型號要求降低，相應(yīng)費用降低。在重量相同情況下，構(gòu)件尺寸可更大，減少現(xiàn)澆段，拼縫位置減少。[3]可實現(xiàn)預(yù)制墻板四周無出筋，碰撞問題減少，模具簡單，加工制作方便，易實現(xiàn)工廠機械化生產(chǎn)。

2.3 疊合剪力墻上下層墻體水平接縫處連接節(jié)點

1）邊緣構(gòu)件的豎向鋼筋宜采用逐根搭接連接，搭接長度不應(yīng)小于1.6laE，連接鋼筋與被連接鋼筋之間的中心距不應(yīng)大于4d（d為連接鋼筋直徑）。

2）非邊緣構(gòu)件部位的連接鋼筋宜采用環(huán)狀連接筋，如圖3所示。連接鋼筋搭接長度不應(yīng)小于1.2laE，連接鋼筋間距不應(yīng)大于預(yù)制空心墻構(gòu)件及預(yù)制夾心保溫空心墻構(gòu)件中豎向分布鋼筋的間距，且不宜大于200mm。連接鋼筋直徑不應(yīng)小于預(yù)制空心墻構(gòu)件及夾心保溫預(yù)制空心墻構(gòu)件中對應(yīng)位置豎向分布鋼筋的直徑，且直徑和間距應(yīng)根據(jù)計算確定，并應(yīng)滿足JGJ 1—2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中關(guān)于剪力墻水平接縫的受剪承載力計算要求。

圖3 疊合剪力墻非邊緣構(gòu)件豎向連接節(jié)點

3）除下列情況：①等級為一級的剪力墻；②軸壓比大于0.3的抗震等級為二、三、四級的剪力墻；③“一”字形墻、一端有翼墻連接但剪力墻非邊緣構(gòu)件區(qū)長度大于4m的剪力墻，以及兩端有翼墻連接但剪力墻非邊緣構(gòu)件長度大于8m的剪力墻外，墻體承重部分厚度不大于200mm的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類建筑疊合剪力墻的豎向分布鋼筋可采用單排鋼筋連接。

4）當(dāng)剪力墻豎向分布鋼筋采用單排連接時，計算分析不應(yīng)考慮剪力墻平面外剛度及承載力，單排鋼筋連接應(yīng)滿足下列要求：①連接鋼筋應(yīng)位于內(nèi)、外側(cè)被連接鋼筋的中間位置；②連接鋼筋宜均勻布置，間距不宜大于300mm；③單片疊合剪力墻水平接縫處連接鋼筋總受拉承載力不應(yīng)小于上、下層被連接鋼筋總受拉承載力較大值的1.1倍。

5）下層剪力墻連接筋至下層預(yù)制墻頂及上層剪力墻連接鋼筋至上層預(yù)制墻底算起的埋置長度均不應(yīng)小于1.2laE+bw/2，bw為墻體厚度，其中l(wèi)aE應(yīng)按連接鋼筋直徑計算。

6）鋼筋連接長度范圍內(nèi)應(yīng)配置拉筋，同一連接接頭內(nèi)的拉筋配筋面積不應(yīng)小于連接鋼筋面積。拉筋沿豎向的間距不應(yīng)大于水平分布鋼筋的間距，且不宜大于150mm。拉筋應(yīng)緊靠連接鋼筋，并應(yīng)與最外側(cè)分布筋可靠焊接。

7）疊合剪力墻后澆混凝土墻段與疊合構(gòu)件之間應(yīng)采用環(huán)狀連接筋進行連接。當(dāng)后澆混凝土墻段兩側(cè)均有疊合構(gòu)件時，連接筋宜穿過后澆混凝土墻段，分別伸入兩側(cè)疊合構(gòu)件空腔內(nèi)且伸入長度不應(yīng)小于laE，環(huán)狀連接筋兩端均應(yīng)設(shè)置豎向插筋，插筋直徑不宜小于10mm，上下層插筋可不連接，如圖4所示。

圖4 疊合剪力墻“一”字形水平連接節(jié)點

8）當(dāng)采用疊合構(gòu)件時，邊緣構(gòu)件內(nèi)箍筋由墻體水平網(wǎng)片縱筋與網(wǎng)片橫筋組成，縱筋設(shè)置在預(yù)制墻板內(nèi)，如圖5所示。

圖5 疊合暗柱構(gòu)造邊緣構(gòu)件

9）縱橫墻交接處邊緣構(gòu)件可由現(xiàn)澆段與疊合段組合而成，如圖6，7所示，應(yīng)滿足下列要求：①現(xiàn)澆段尺寸宜取墻體厚度；②疊合段長度不宜小于400mm；③現(xiàn)澆段內(nèi)應(yīng)設(shè)置成型鋼筋籠，鋼筋籠縱筋數(shù)量不宜少于4根，疊合段應(yīng)與墻體整體預(yù)制，疊合段內(nèi)縱筋數(shù)量不宜少于6根；④現(xiàn)澆段與疊合段之間均應(yīng)通過水平連接筋進行連接；⑤現(xiàn)澆段與疊合段內(nèi)縱筋及箍筋直徑、間距均應(yīng)滿足GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（2016年版）及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 3—2010關(guān)于構(gòu)造邊緣構(gòu)件的相關(guān)要求。

圖6 翼墻構(gòu)造邊緣構(gòu)件

圖7 夾心保溫疊合剪力墻

2.4 夾心保溫集成方案

現(xiàn)行疊合剪力墻體系采用夾心保溫形式，如圖7所示，其生產(chǎn)流程如下。

1）內(nèi)葉板鋼筋焊接網(wǎng)（桁架鋼筋骨架）→保溫連接件→混凝土澆筑成型→養(yǎng)護。

2）外葉板鋼筋網(wǎng)片→混凝土澆筑成型→保溫板。

3）疊合內(nèi)葉板反轉(zhuǎn)→伸出的連接件穿過外葉板上保溫板并預(yù)埋在外葉板混凝土內(nèi)→一體化成型→養(yǎng)護。

通過對若干實際項目調(diào)研考察，發(fā)現(xiàn)內(nèi)外葉板間通過保溫板連接件連接，在吊裝過程中易變形，施工完成后普遍存在保溫板接縫處不閉合、存有熱橋效應(yīng)，外葉板接縫處錯位、平整度較差，施工難度大、質(zhì)量難以控制；并且由于各地方裝配率或預(yù)制率計算標(biāo)準(zhǔn)對夾心保溫疊合剪力墻體系的計算系數(shù)定義也較低，要達(dá)到裝配率50%（國標(biāo)）或預(yù)制率40%（如上海地區(qū)）要求較難。具體體現(xiàn)如下。

1）疊合夾心保溫外葉板僅通過連接件與內(nèi)葉板進行連接，連接強度較弱，現(xiàn)場澆筑完混凝土后，外葉板脹模跑偏，導(dǎo)致外墻不平整，無法實現(xiàn)免抹灰效果，二次找平施工難度大，成本增加。

2）按GB/T 51129—2017《裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》裝配率計算方法[1]，主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件均采用體積比方式，疊合剪力墻預(yù)制體積少，按體積比計算無優(yōu)勢，應(yīng)用比例計算值較低，疊合剪力墻對裝配率貢獻(xiàn)低，無優(yōu)勢。

針對以上存在問題，通過對多個項目的實地調(diào)研，并與相關(guān)企業(yè)進行合作研究，提出改進措施。

3 保溫集成反打改進方案

結(jié)合以上問題，提出保溫集成反打工藝一體化成型解決方案，可保證工程質(zhì)量，且滿足各地區(qū)對預(yù)制率的要求。

3.1 具體措施

采用新型A級保溫材料，通過可靠連接構(gòu)造措施一次性預(yù)制生產(chǎn)的保溫集成裝配式混凝土疊合外墻板，由基層疊合墻、A級保溫板、保溫連接件、飾面層等組成。預(yù)制構(gòu)件保溫系統(tǒng)為A級不燃保溫板反打；一體反打成型，保溫板與基層墻體緊密結(jié)合，且其間通過不銹鋼連接件連接，進一步提高防裂和防脫落性能，如圖8，9所示。

圖8 水平連接節(jié)點

圖9 豎向連接節(jié)點

3.2 保溫系統(tǒng)耐久性驗證

1）加強耐候性試驗在實驗室中進行熱雨循環(huán)160次，熱冷循環(huán)10次及80次凍融循環(huán)，并測試了保溫系統(tǒng)的拉伸連接強度，滿足設(shè)計要求。

2）試驗驗證A級保溫材料與疊合剪力墻體系通過集成反打工藝及可靠的不銹鋼連接件的有效連接所組成的保溫系統(tǒng)可滿足50年使用環(huán)境要求。

3.3 綜合對比

疊合剪力墻體系集成反打保溫方式與夾心保溫方式綜合對比分析如表1所示。

表1 疊合剪力墻體系保溫集成方式對比

3.4 裝配預(yù)制率提升

以上海地區(qū)預(yù)制率計算方法為準(zhǔn)，預(yù)制率要求40%[2]，如表2所示，按方案1全截面剪力墻體系計算基礎(chǔ)系數(shù)為0.9，再加免抹灰、集成保溫的做法，修正計算系數(shù)為1.1，優(yōu)勢較大；方案4采用夾心保溫疊合剪力墻體系，其基礎(chǔ)系數(shù)為0.3，再加上免抹灰、集成保溫后修正系數(shù)也只有0.5，較難滿足上海地區(qū)對預(yù)制率的要求；疊合剪力墻體系采用保溫集成反打，如方案2，3基礎(chǔ)系數(shù)為0.75，再加上免抹灰、集成保溫修正系數(shù)為0.95，0.85，較方案4具有較大優(yōu)勢。

表2 預(yù)制率系數(shù)

4 疊合剪力墻結(jié)構(gòu)體系經(jīng)濟對比分析

1）成本 雙面疊合剪力墻結(jié)構(gòu)體系與全截面預(yù)制構(gòu)件體系土建成本對比，造價降低206.14元/m2。

2）進度 根據(jù)寶業(yè)集團提供的項目案例，疊合剪力墻結(jié)構(gòu)體系在住宅項目中，實際工程標(biāo)準(zhǔn)層施工工期為4～6d，而全截面剪力墻結(jié)構(gòu)體系實際工程標(biāo)準(zhǔn)層施工工期為6～8d，疊合剪力墻結(jié)構(gòu)體系施工進度更快。

5 結(jié)語

通過對疊合剪力墻體系保溫集成方式的研究及對比分析，疊合剪力墻體系更易于促進裝配式建筑往集成化、工業(yè)化、智能化方向的發(fā)展，保溫板集成反打工藝在質(zhì)量保證和預(yù)制率提升上更具有優(yōu)勢，疊合剪力墻體系相較全截面剪力墻體系更具有成本優(yōu)勢。