新型裝配式結構體系在新農(nóng)村建設中的應用

陸智倍

上海城建建設實業(yè)（集團）有限公司 上海 200042

華東地區(qū)傳統(tǒng)的農(nóng)村建筑絕大多數(shù)采用磚混結構，工人現(xiàn)場砌筑，施工速度慢，技術水平參差不齊，質(zhì)量難以保證，且傳統(tǒng)磚混結構抗震性能較差，建筑功能布局不完善，居住品質(zhì)不高。

近年來，國家大力推進裝配式建筑的發(fā)展，華東地區(qū)各省市相繼出臺政策，推動新建項目采用工廠預制構（部）件、現(xiàn)場裝配建造模式施工。目前，在裝配式結構體系中，墻板體系常采用全預制剪力墻和桁架鋼筋疊合樓板組成的裝配整體式剪力墻結構體系，該體系雖然抗震性能好、適用高度大，但也存在結構自重大、施工工序相對復雜、建造成本高等缺點，不適用于農(nóng)村地區(qū)的低多層建筑。

在上海首批鄉(xiāng)村振興示范村之一的松江區(qū)某新農(nóng)村建設項目中，研發(fā)采用一種新型裝配式結構體系進行建造。

該項目（圖1）北鄰北六勤河、西鄰黃橋中心路、南鄰村規(guī)劃路，用地面積約16 800 m2，包括村級公共服務中心、老年住宅和聯(lián)排別墅，地上2～4層，總建筑面積14 342 m2。

圖1 項目實景

1 構件的選用及研發(fā)

SP板是一種預應力鋼筋混凝土板式結構構件，該產(chǎn)品具有跨度大、承載力高、隔聲、抗震、阻燃性好等優(yōu)點[1-3]。在國內(nèi)，SP板一般作為樓、屋面板，普遍應用在跨度5～15 m的大跨度住宅樓或公共建筑中。在美國及歐洲地區(qū)，SP板還可以作為墻板應用在公共建筑的圍護墻中。

研究發(fā)現(xiàn)，采用SP板作為承重墻和樓板，并通過合理的構造使其形成整體，可以替代傳統(tǒng)磚混結構體系，并且存在以下優(yōu)勢：

1）SP板作為樓板時，其經(jīng)濟跨度遠大于一般的現(xiàn)澆樓板，適用于大空間結構，其板長可根據(jù)需要任意切割，不受建筑模數(shù)限制，為建筑使用階段的功能變化帶來便利。同時，與現(xiàn)澆樓板相比，SP板免模板免支撐，大大提高施工效率。

2）農(nóng)村住宅磚混結構普遍采用多孔磚或混凝土小型砌塊砌筑。這些常規(guī)的砌體材料抗壓承載力相對較低，一般在15 MPa以下。砌筑用砂漿強度通常更低，在10 MPa以下。而SP板的抗壓強度不低于40 MPa，同時因其配置了預應力鋼筋，由SP板組成的墻體平面外抗彎性能遠大于傳統(tǒng)砌筑墻體。

3）SP板開孔率較高，相同截面情況下的自重較小，可有效降低造價且提高抗震性能。

4）SP墻板采用工業(yè)化生產(chǎn)施工，其施工質(zhì)量、效率及精度遠高于現(xiàn)場砌筑，可解決傳統(tǒng)磚混結構施工時，墻體質(zhì)量易受砌筑工人技術水平影響的問題。

SP板在居住建筑中常用的厚度規(guī)格有120、150、180、200 mm等，一般設置非對稱預應力鋼筋，預應力鋼筋采用1×7或1×3的鋼絞線，張拉控制應力為0.65fptk。當SP板作為墻板使用時，應在墻板雙側對稱布置預應力筋，布置數(shù)量可適當減少，張拉控制應力可取0.45fptk。將此雙側對稱布筋、用于墻板使用的SP板產(chǎn)品命名為CJ墻（圖2）。

圖2 CJ墻板、SP板示意

根據(jù)調(diào)研，農(nóng)村住宅每單元的最大開間尺寸一般不超過7.5 m，樓板適合采用厚150 mm的SP板。厚120 mm的板由于開孔率的影響，與厚150 mm板相比，成本無較大差異，故對于跨度相對較小的板也統(tǒng)一使用厚150 mm的SP板，使構件和節(jié)點設計標準化。

磚混結構承重墻中，磚或砌塊的厚度一般為240 mm或200 mm。由于CJ墻的材料性能優(yōu)于常規(guī)砌體，因此可采用厚180 mm的板型。在進一步降低結構自重的同時，提高建筑得房率。同時，厚180 mm的CJ墻截面較為對稱，截面形心僅偏心1 mm，能夠保證預制構件在生產(chǎn)、運輸、施工及使用階段不發(fā)生側向變形。

2 裝配式CJ墻結構體系

2.1結構體系

根據(jù)新農(nóng)村建設項目的需求，研發(fā)了由預制CJ墻豎縫密拼組成承重墻體、預制SP預應力空心板作為樓板、預制樓梯及坡屋頂屋面板，通過便捷方式現(xiàn)場組裝，局部現(xiàn)澆連接成整體的新型裝配式結構體系[4]，以下簡稱裝配式CJ墻結構體系（圖3）。

圖3 模型示意

根據(jù)GB 50003—2011《砌體結構設計規(guī)范》并結合新農(nóng)村建筑的戶型布置，該結構體系屬于橫墻或縱橫墻承重，靜力計算方案為剛性方案，荷載的傳遞路徑較為清晰。豎向力的傳力路徑為：樓（屋）面荷載→橫墻→基礎→地基或樓（屋）面荷載→梁→縱墻→基礎→地基。水平力的傳力路徑為：風荷載或地震作用→橫（縱）墻→基礎→地基（圖4、圖5）。

圖4 墻板布置示意

圖5 BIM模型示意

在常規(guī)的砌體結構中，設置構造柱與圈梁能夠使整個結構形成一個可更高效抗彎、抗剪的空間框架，減小地基不均勻沉降帶來的影響，提升抗震、抗風性能。在裝配式CJ墻結構體系設計時也參考磚砌體結構及混凝土砌塊砌體結構的構造，豎向承重結構在預制CJ墻豎縫密拼的基礎上，在重要位置現(xiàn)澆構造柱或灌孔芯柱，同時在CJ墻頂部設置貫通樓層的現(xiàn)澆圈梁，通過圈梁與CJ墻間的灌孔以及樓板疊合層與圈梁的整體澆筑，使CJ墻、構造柱（芯柱）、圈梁、樓板形成一個完整的抗豎向、抗側力體系。

裝配式CJ墻結構體系居住建筑的設計符合該體系的自身特點有：

1）建筑軸網(wǎng)符合CJ墻體系模數(shù)，規(guī)格標準化，標準板塊為寬1 200 mm，非標準板塊均在工廠由標準板塊切割而成。為便于工廠生產(chǎn)并減少損耗，項目設計時墻板規(guī)格盡量減少并形成標準化。

2）在滿足各房間功能的前提下，戶型宜減少平面凹凸，有利于提升構件標準化程度，并節(jié)省外墻材料。

圖6為符合體系特點的裝配式CJ墻結構平面示意。

圖6 1層平面示意

從圖6可以看出，建筑軸線均根據(jù)CJ墻體系的特有模數(shù)進行設計。承重的CJ墻僅布置在外墻及分戶墻位置，1層客廳與門廳，2層南側2個臥室以及儲藏室、衛(wèi)生間處的墻體均為非承重隔墻，住戶可根據(jù)各家的使用習慣自由分隔。山墻處的臥室也可以根據(jù)需求增加陽臺或露臺。門窗采用標準尺寸，一般為700、900、1 200、1 500、1 800 mm等規(guī)格，保證窗臺和窗邊CJ墻板的規(guī)則性。

立面設計上，CJ墻結構體系既適用于傳統(tǒng)仿古的建筑立面風格，也適用于現(xiàn)代簡約的建筑立面風格。

結構設計上，該建筑僅采用5種寬度規(guī)格的CJ墻（500、600、700、900、1 200 mm），其中寬500 mm與700 mm的墻板采用同一標準構件切割而成，并進行詳細的墻板使用位置規(guī)劃，最大限度減少材料浪費。各層樓板和屋面板全部采用了SP預應力板，達到大跨度、大空間的效果。

2.2構造連接

傳統(tǒng)砌體結構中，為提高砌體的整體性、穩(wěn)定性和承載力，磚（砌）塊排列遵循上下錯縫的原則，避免垂直通縫出現(xiàn)。而在裝配式CJ墻結構體系中，CJ墻間的拼縫為通高直縫，因此應考慮豎縫的抗剪及傳力問題。

根據(jù)99ZG408《SP預應力空心板技術手冊》中的研究結論，由于CJ墻（SP板）的板端設置了槽口，當墻板安裝并在板與板之間的板縫中灌漿（采用1∶3水泥砂漿）后，其拼縫形成了一種嵌鎖式的傳力效果，使得作為墻板的若干塊CJ墻形成了一種整體變形受力體系。墻板灌縫雖然可能會因為材料的特性，而導致在CJ墻與灌縫水泥砂漿之間產(chǎn)生干縮裂縫，但是這種裂縫并不影響保證相鄰板邊緣的垂直方向變形近似一致的作用，因而也不影響整面墻的傳力機制。

在CJ墻板的板間拼縫中，選用CGM水泥基灌漿料作為灌縫材料，其受力性能好、施工便捷、可靠性高，同時具有無收縮、韌性好的特點。當拼縫寬度較大時，可在拼縫中設置縱向鋼筋和拉筋，與灌漿料組合受力，進一步提升拼縫承載力。

CJ墻灌孔分為芯柱灌孔、抗剪構造灌孔這2類。芯柱采用沿CJ墻全高灌孔，單個孔內(nèi)均通長設置單根φ12 mm的螺紋鋼筋。抗剪構造灌孔的深度在上、下層預制墻內(nèi)均為200 mm，孔內(nèi)設置1根φ10 mm或φ12 mm的螺紋鋼筋，灌孔材料可采用Cb灌孔專用混凝土或CGM水泥基灌漿料。

CJ墻頂通長設置現(xiàn)澆圈梁，SP板擱置在圈梁上，擱置寬度根據(jù)05SG408《SP預應力空心板》的要求取60 mm。

根據(jù)構造柱、芯柱的設置原則[5]，當現(xiàn)澆梁與CJ墻平面內(nèi)相接時，不在梁墻連接處設置現(xiàn)澆構造柱，僅在CJ墻內(nèi)設置灌孔芯柱。另外，由于墻頂圈梁高度一般較小，而現(xiàn)澆承重梁由于承載力或立面效果，要求一般高度大于圈梁，因此應保證現(xiàn)澆梁伸入CJ墻內(nèi)擱置長度不小于200 mm，并與圈梁連接。

2.3窗洞構造

在裝配式CJ墻結構體系中，一個典型的窗洞口一般由窗臺墻、窗邊墻、窗頂現(xiàn)澆過梁這3部分構件組成。由于CJ墻的標準板塊為1 200 mm寬，針對不同的窗洞大小應設計不同的墻體拆分方案。在模數(shù)化設計的新農(nóng)村住宅建筑中，常見的窗洞寬度有900（衛(wèi)生間）、1 200（小臥室、廚房）、1 500（標準臥室）、1 800 mm（大臥室、客廳）等。

對于不同寬度的空洞，窗臺墻采用直接切割或切割組合等方式拼合，各類型窗洞的窗邊墻寬度根據(jù)整片墻長度及構造柱位置確定，一般不小于600 mm。窗頂過梁均采用現(xiàn)澆，梁高根據(jù)立面要求確定。為了加強窗臺整體性并保證窗臺頂?shù)钠秸芭_處的預制CJ墻板不直接升至窗臺頂，而在墻頂設置現(xiàn)澆窗臺壓頂。

3 結語

本文依托實際工程，通過對創(chuàng)新型裝配式結構體系的探討研究，解決了華東地區(qū)農(nóng)村傳統(tǒng)建筑質(zhì)量控制難、抗震差、工期長等問題，其特點是安全、適用、高效、經(jīng)濟。該體系在新農(nóng)村建設項目中成功應用，且建筑質(zhì)量、結構性能、使用效果均優(yōu)于傳統(tǒng)的農(nóng)村建筑，取得了良好的社會和經(jīng)濟效益，將有益于華東地區(qū)新農(nóng)村建設中裝配式建筑技術的發(fā)展。