預制剪力墻標準化設計研究
——以重慶市某裝配式項目為例

孫浩然，董恒瑞，羅干，董瑩，李康平

（中煤科工重慶設計研究院（集團）有限公司 綠色建筑設計研究院，重慶 400042）

0 引言

裝配式建筑是指預制構件在工廠生產(chǎn)，再運輸?shù)浆F(xiàn)場進行吊裝、拼接、連接裝配形成的建筑[1]。在裝配式建筑發(fā)展過程中，裝配整體式剪力墻結構體系逐漸成為應用最廣泛的結構體系之一，該結構體系有利于提高效率、節(jié)約能源、綠色環(huán)保和保證建筑工程質量[2-4]，有利于我國建筑工業(yè)化的發(fā)展，具有廣闊的應用前景。重慶市裝配式建筑發(fā)展相對于北京、上海等城市起步較晚，目前在主體結構預制構件方面，僅預制水平構件的研究和推廣較為成熟。目前重慶市預制剪力墻的應用還未大面積推廣，預制剪力墻的使用較少，標準化程度較低，容易產(chǎn)生項目效率低、工期長、成本偏高等問題。

目前，國內已有部分工程師對多種常見預制剪力墻設計方法和預制剪力墻圖紙深化設計要點進行了對比和分析，但存在分析較為表面、未進行標準化設計研究等問題[5-6]。基于上述原因，本文對預制剪力墻的標準化設計展開研究，以期提升重慶市預制剪力墻的標準化程度，達到提高質量、提高效益，減少人工、控制造價的目標。

1 工程概況

重慶市某裝配式項目位于重慶市九龍坡區(qū)，由10 棟住宅、1 棟配套、1 棟綜合辦公樓及地下車庫組成，總建筑面積111237.8 m2。以其中一棟高層為例，該樓棟建筑高度為56.9 m，層高為2.95 m，共19 層，標準層建筑面積704.80 m2，總建筑面積14165.77 m2。該樓棟為裝配整體式剪力墻結構，主體預制構件2—19 層采用了桁架鋼筋混凝土疊合板、預制樓梯，3 層至屋面層采用預制剪力墻，裝配率達到65%以上。

2 預制剪力墻標準化研究

預制剪力墻的布置和拆分與建筑平面布局密切相關，具體項目中面對的情況相對復雜。在拆分剪力墻結構時，首先應系統(tǒng)分析建筑施工圖和結構施工圖，對整個結構條件與平面布局有一個全面的認識，然后通過初步拆分確定預制范圍，即哪些部分適合預制，哪些部分不適合預制，并在滿足預制剪力墻拆分原則模數(shù)化的情況下進行預制剪力墻的拆分。

2.1 預制剪力墻的選擇

以灌漿套筒連接方式的預制剪力墻為例，對預制剪力墻設計模板進行研究，該類型預制剪力墻為重慶市目前普遍使用的預制剪力墻類型之一，具有良好的連接和力學性能。

在進行預制剪力墻范圍的選擇時，宜避免選擇短肢剪力墻進行預制，宜優(yōu)先選取內墻中T 型、L 型等側向剛度較大的剪力墻進行拆分，若選取一字型剪力墻進行拆分，宜對該剪力墻適當加強，若選取結構外墻進行預制，宜避免該剪力墻有挑板等建筑構造連接。

2.2 預制剪力墻的拆分及標準化

2.2.1 預制剪力墻的拆分原則

在進行預制剪力墻的拆分時，首先應確認能夠滿足施工現(xiàn)場起吊要求的最大重量，得到能夠滿足施工現(xiàn)場吊裝條件的預制剪力墻最大尺寸，再根據(jù)《重慶市裝配式建筑裝配率計算細則（2021 版）》和土建設計結構墻柱圖進行拆分，并符合以下原則：

1）在進行預制剪力墻拆分過程中，盡可能使現(xiàn)澆段的長度不大于600 mm；

2）裝配整體式剪力墻結構設計時，應根據(jù)裝配式建筑方案確定預制剪力墻板和后澆連接段布置位置；

3）預制剪力墻厚度不宜小于200 mm，宜為50 mm 的整數(shù)倍；

4）高層剪力墻結構，預制剪力墻應用比例不宜大于75%；

5）高層剪力墻結構底部加強區(qū)應采用現(xiàn)澆混凝土；底部加強區(qū)相鄰上一層剪力墻宜采用現(xiàn)澆混凝土；頂層剪力墻宜采用現(xiàn)澆混凝土；

6）高層剪力墻結構，預制剪力墻宜優(yōu)先布置在內墻；

7）高層剪力墻結構中的電梯井筒、樓梯間剪力墻宜采用現(xiàn)澆混凝土結構；

8）偏心受拉的剪力墻不應采用預制墻板。

2.2.2 預制剪力墻的標準化拆分

在按照上述原則進行預制剪力墻拆分后，預制墻身的長度規(guī)格數(shù)量可能較多，因此需要進行拆分調整，減小部分預制墻身長度，將這部分與剪力墻邊緣構件一起進行現(xiàn)澆處理，以達到減少預制墻身規(guī)格數(shù)量的目的，實現(xiàn)“少規(guī)格、多組合”的效果。

2.3 工程實例應用

在該工程預制水平構件滿足“應做盡做”的條件后，為達到65%的裝配率，預制剪力墻的得分需達15 分左右，因此需要采用的預制剪力墻比例較高，按照上述預制剪力墻選擇的原則進行布置后，選擇25 片剪力墻進行拆分和預制，預制剪力墻應用比例為36.39%，得分15.3 分。

根據(jù)《裝配式混凝土建筑技術標準》GB/T 51231—2016[7]《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》JGJ 1—2014[8]和《重慶市裝配式建筑裝配率計算細則（2021 版）》，剪力墻結構底部加強部位宜采用現(xiàn)澆混凝土，并且可以不納入裝配率計算范圍，因此，該棟高層預制剪力墻的使用范圍為三層樓面至屋面層。按照拆分原則對標準層預制剪力墻進行剪力墻邊緣構件和墻身的拆分后，預制墻身的規(guī)格、數(shù)量和重量如表1 所示。

表1 預制墻身拆分規(guī)格和數(shù)量

從表1 可以看出，拆分后存在4 種預制剪力墻墻身規(guī)格，其中1300 mm 的預制墻身重量為1.89t，超出該項目施工現(xiàn)場起吊最大重量，而750 mm、850 mm 不滿足100 mm 的模數(shù)化要求，因此需對剪力墻拆分進行標準化調整，將750 mm、850 mm 兩種規(guī)格的剪力墻墻身統(tǒng)一做成700 mm 的預制剪力墻墻身，1300 mm 規(guī)格剪力墻墻身做成1000 mm 預制剪力墻墻身，其余部分與剪力墻邊緣構件一同進行加強現(xiàn)澆處理，如圖1 和圖2 所示。優(yōu)化處理之后的墻身尺寸規(guī)格只有700 mm 和1000 mm 兩種，每種數(shù)量較多且均為標準化構件，增加了項目標準化構件得分，提高了生產(chǎn)、施工效率，降低了模具攤銷成本。

圖1 剪力墻邊緣構件大樣

圖2 標準化調整后的剪力墻邊緣構件大樣

3 預制剪力墻的連接節(jié)點研究

與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆剪力墻結構相比,裝配整體式剪力墻結構存在大量的連接節(jié)點,當結構承擔外部荷載時,節(jié)點處可能會因應力集中導致變形開裂。因此受力鋼筋連接節(jié)點的設計是保證剪力墻結構整體性能的關鍵,使裝配整體式剪力墻結構在承載力、延性及耐久性方面達到與現(xiàn)澆剪力墻結構等同的效果。本節(jié)以項目為例，對灌漿套筒預制剪力墻連接節(jié)點處存在的問題進行分析并提出建議。

3.1 預制剪力墻的水平連接節(jié)點

以該樓棟為例，1—3 層為底部加強區(qū)，此區(qū)域范圍內剪力墻采用現(xiàn)澆方式，三層至屋面層采用預制剪力墻。需要注意的水平連接節(jié)點有三個：現(xiàn)澆剪力墻與預制剪力墻的節(jié)點連接、預制剪力墻與預制剪力墻的節(jié)點連接、預制剪力墻與屋面層及以上部分的節(jié)點連接。

1）現(xiàn)澆剪力墻與預制剪力墻的節(jié)點連接

為了使底部加強區(qū)的現(xiàn)澆剪力墻與預制剪力墻進行連接，需對現(xiàn)澆剪力墻布置預留插筋，插筋的直徑、數(shù)量、位置與預制剪力墻墻身豎向連接鋼筋應一致，以使插筋與上層預制剪力墻內的套筒一一對應，定位誤差不得大于2 mm，鋼筋深入套筒內長度應根據(jù)廠家套筒參數(shù)取值。插筋平面圖如圖3 所示。

圖3 三層插筋平面布置（局部）

2）預制剪力墻與預制剪力墻的節(jié)點連接

根據(jù)《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》JGJ 1—2014，預制剪力墻水平接縫宜設置在樓面標高處，接縫厚度宜為20 mm，穿過接縫的連接鋼筋數(shù)量應滿足接縫受剪承載力的要求，且配筋率不低于墻板豎向鋼筋配筋率，連接鋼筋直徑不應小于14 mm。根據(jù)《裝配式混凝土建筑技術標準》GB/T 51231—2016，當豎向分布鋼筋采用“梅花形”部分連接時（“梅花形”套筒灌漿連接如圖4 所示），連接鋼筋同側間距不應大于600 mm，未連接的豎向分布鋼筋直徑不應小于6 mm。由于重慶市預制剪力墻的使用還未大面積普及，施工工人水平參差不齊，為確保施工質量，該項目對墻身鋼筋進行加強，豎向連接鋼筋直徑為16 mm，墻身豎向分布鋼筋直徑為8 mm，以保證預制剪力墻的質量和安全。

圖4 豎向分布鋼筋“梅花形”套筒灌漿連接構造示意

圖5 水平后澆帶構造示意圖

各層樓面位置，預制剪力墻頂部無后澆圈梁時，應設置連續(xù)的水平后澆帶，后澆帶寬度為剪力墻厚度，高度不小于樓板厚度，水平后澆帶應與現(xiàn)澆或疊合樓、屋蓋澆筑成整體。水平后澆帶內應配置不少于2 根連續(xù)縱向鋼筋，直徑不宜小于12 mm。

該項目在按上述規(guī)范進行設計時，發(fā)現(xiàn)如下問題：該高層建筑三層至五層剪力墻使用的混凝土標號為C35，豎向連接的水平后澆帶也應使用C35 的混凝土，但是疊合樓板的現(xiàn)澆部分標號為C30，無法一起進行澆筑。因此，該范圍區(qū)域在混凝土澆筑施工時應設置鋼筋網(wǎng)進行遮擋，分別進行澆筑。

3）預制剪力墻與屋面層的節(jié)點連接

根據(jù)《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》JGJ 1—2014，頂層剪力墻應設置高度不小于250 mm 的圈梁，圈梁內縱向鋼筋不應少于4φ12，圈梁大樣如圖6 所示。

圖6 屋面層水平圈梁大樣

3.2 預制剪力墻的豎向連接節(jié)點

1）預制墻身與邊緣構件的節(jié)點連接

預制墻身與邊緣構件的豎向接縫構造應滿足《裝配式混凝土結構連接節(jié)點構造》15G310—1～2。在該項目實際應用中，施工現(xiàn)場反饋預制剪力墻水平鋼筋的伸出形式若采用封閉箍的形式，則施工難度較大，效率較低且施工質量較差。因此，該項目采用開口箍的水平鋼筋伸出形式，以提高施工效率和質量（圖7）。

圖7 預制剪力墻俯視圖

2）預制剪力墻之間現(xiàn)澆段的節(jié)點連接

該項目選取進行預制的剪力墻最長為3300 mm，在按拆分原則對其進行拆分時需拆出兩段預制墻身。根據(jù)《重慶市裝配式建筑裝配率計算細則（2021 版）》，預制墻間不大于600 mm 的范圍可計入預制構件應用范圍，因此將預制剪力墻之間現(xiàn)澆段設置為600 mm。該項目為提高預制剪力墻與現(xiàn)澆段的整體性，對附加箍筋進行加強處理，連接節(jié)點大樣如圖8 所示。

圖8 連接節(jié)點大樣

4 預制剪力墻深化設計

為使預制構件生產(chǎn)廠家能夠準確生產(chǎn)出項目需要的預制剪力墻，預制剪力墻深化設計圖紙應包含6 個方向的視圖和4 個方向的配筋透視圖，并具有鋼筋用量表和附件用量清單表。預制剪力墻深化設計過程中主要控制尺寸高度、配筋、附件和預留預埋等方面。

4.1 預制剪力墻高度的確定

預制剪力墻在進行深化設計時，首先應該確認的是預制剪力墻的高度。預制剪力墻的高度為層高-底部接縫高度20 mm-樓板高度，若樓板有標高升降的情況，預制剪力墻的高度應減去相應的尺寸，最終得到滿足規(guī)范和施工要求的預制剪力墻高度。

4.2 預制剪力墻構件配筋設計

在對預制剪力墻進行拆分后，在軟件模型中對拆分后的預制剪力墻進行配筋設置，該項目對配筋進行了適當加強，對預制剪力墻墻身的水平分布筋和豎向分布筋均采用φ8@200，連接套筒類型采用全灌漿套筒，墻身豎向連接筋排布為梅花形，豎向封邊鋼筋直徑為12 mm。

4.3 預制剪力墻構件附件和預留預埋設計

預制剪力墻附件包括起吊用埋件、脫模斜撐埋件和拉模埋件，埋件使用的類型建議由預制構件生產(chǎn)廠家或施工單位指定。該項目根據(jù)生產(chǎn)廠家反饋，由于預制剪力墻最大重量為1.21t，因此起吊用的埋件為圓頭吊釘，規(guī)格為2.5 t 埋深為170 mm，根據(jù)施工單位反饋，支撐埋件采用預埋螺母、拉模件采用預留孔洞的形式。

在使用軟件生成預制剪力墻深化圖紙后，需根據(jù)設備專業(yè)提資在深化圖紙中增加設備點位的預留預埋。設備點位的預留預埋應與預制剪力墻中的鋼筋和支撐埋件、拉模件進行避讓處理，若出現(xiàn)無法避讓的情況，宜對鋼筋或各種附件的位置進行適當調整。最后應對預制剪力墻信息表進行補充和完善。該項目與生產(chǎn)單位進行溝通，為避免鋼筋裸露問題，預留水管豎槽的尺寸定為30（寬）×25（厚）。進行預留預埋后的預制剪力墻部分深化大樣圖如圖9 所示。

圖9 預制剪力墻模板圖與配筋圖

5 結語

本文通過對重慶市預制剪力墻項目進行研究，提出了預制剪力墻拆分方式，并結合工程實例解決了目前采用較多的使用灌漿套筒連接方式預制剪力墻的拆分和深化設計，對裝配式剪力墻的豎向接縫和水平接縫進行了要求。拆分后的預制剪力墻構件全部為一字型，受力清晰并符合規(guī)范要求，有效減少了拆分后的預制剪力墻規(guī)格數(shù)量，提高了預制構件的生產(chǎn)效率，可供重慶市裝配整體式剪力墻結構的設計提供參考。