國(guó)內(nèi)常用裝配式混凝土剪力墻住宅技術(shù)體系及設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

文/廣東博意建筑設(shè)計(jì)院有限公司 盧 松

0 引言

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)混凝土建筑市場(chǎng)主要以現(xiàn)場(chǎng)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(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，社會(huì)環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)，節(jié)能減排已成為我國(guó)能源發(fā)展的基本國(guó)策。建筑行業(yè)作為能源消耗大戶(hù)更需進(jìn)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(yù)制構(gòu)件為主，施工現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)裝配連接而成的混凝土結(jié)構(gòu)建筑，將現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的現(xiàn)澆交叉作業(yè)放到機(jī)械化工廠進(jìn)行集約式生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)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(shì)，近年來(lái)得到國(guó)家的大力支持。

1 國(guó)內(nèi)常用裝配式剪力墻住宅技術(shù)體系分類(lèi)

我國(guó)幅員遼闊，自然、人文與地理?xiàng)l件差異明顯，不同的氣候條件、抗震設(shè)防要求、建筑特點(diǎn)及政策導(dǎo)向使各地在發(fā)展裝配式建筑過(guò)程中形成適用于當(dāng)?shù)氐募夹g(shù)體系。本文所指裝配式剪力墻住宅技術(shù)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(yù)制構(gòu)件種類(lèi)及連接構(gòu)造方式進(jìn)行劃分，國(guó)內(nèi)目前常用裝配式剪力墻技術(shù)體系主要分為5類(lèi)，分別為現(xiàn)澆豎向構(gòu)件-預(yù)制水平構(gòu)件體系、預(yù)制夾心保溫剪力墻體系、預(yù)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(shù)特點(diǎn)、常用構(gòu)件種類(lèi)、優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍如表1所示。

2 各技術(shù)體系設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 現(xiàn)澆豎向構(gòu)件-預(yù)制水平構(gòu)件體系

現(xiàn)澆豎向構(gòu)件-預(yù)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(yù)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(lèi)混凝土、鋼結(jié)構(gòu)建筑。該體系主要采用預(yù)制疊合樓板、陽(yáng)臺(tái)、空調(diào)板、樓梯等構(gòu)件，各類(lèi)型構(gòu)件關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下。

1）疊合樓板 常采用普通鋼筋桁架疊合樓板，由下部預(yù)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(yù)制底板和現(xiàn)澆疊合層厚度不小于60mm。當(dāng)現(xiàn)澆疊合層中需敷設(shè)強(qiáng)弱電線管時(shí)，其厚度不小于70～80mm。疊合板預(yù)制底板最大寬度受生產(chǎn)、運(yùn)輸、吊裝控制，根據(jù)運(yùn)輸限寬控制為2.5m；其最大跨度主要受脫模、起吊、運(yùn)輸、安裝等短暫工況控制，不宜超過(guò)6m。

2）預(yù)制陽(yáng)臺(tái)板、空調(diào)板 在住宅產(chǎn)品中，陽(yáng)臺(tái)板和空調(diào)板均為懸挑構(gòu)件，陽(yáng)臺(tái)板外挑長(zhǎng)度為1.2～1.5m，空調(diào)板外挑長(zhǎng)度為0.6～0.8m。其中，陽(yáng)臺(tái)板可采取疊合與全預(yù)制2種形式，板厚取130～160mm。當(dāng)采用板式受力預(yù)制陽(yáng)臺(tái)時(shí)，為增強(qiáng)陽(yáng)臺(tái)板與現(xiàn)澆主體的整體性，宜采用疊合陽(yáng)臺(tái)板；當(dāng)采用梁式受力預(yù)制陽(yáng)臺(tái)時(shí)，為減少現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)，可采取全預(yù)制陽(yáng)臺(tái)，但陽(yáng)臺(tái)板根部宜預(yù)留部分疊合范圍，以避免板端貫通接縫后期開(kāi)裂影響防水效果（見(jiàn)圖1）?？照{(diào)板因其無(wú)管線預(yù)埋且尺寸較小，一般采用全預(yù)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(yù)制樓梯 在住宅項(xiàng)目中，樓梯是標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的構(gòu)件，適合采用預(yù)制。其安裝便捷，可實(shí)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(yīng)用廣泛。為增強(qiáng)樓梯間四周墻體的側(cè)向約束，休息平臺(tái)板一般采用現(xiàn)澆，預(yù)制梯段與梯段挑耳采用銷(xiāo)鍵連接。其中，梯段上端采用固定鉸、梯段下端采用滑動(dòng)鉸連接，應(yīng)保證滑動(dòng)位移量不小于主體結(jié)構(gòu)大震下的層間位移，即滑動(dòng)支座與主體結(jié)構(gòu)間的預(yù)留變形量不小于梯段高度的1/50，連接節(jié)點(diǎn)如圖2所示。

2.2 預(yù)制夾心保溫剪力墻體系

預(yù)制夾心保溫剪力墻體系是指外墻采用預(yù)制夾心保溫剪力墻的結(jié)構(gòu)體系。預(yù)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(shí)滿足結(jié)構(gòu)、保溫、裝飾、防水、防火、現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)外模板等作用，集成度高，大幅減少現(xiàn)場(chǎng)工序，且保溫層得到外葉板保護(hù)，耐久性大大增加，適用于我國(guó)東北、華北等嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)。根據(jù)該體系特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需注意以下事項(xiàng)。

表1 國(guó)內(nèi)常用裝配式剪力墻住宅技術(shù)體系特點(diǎn)及適用范圍

1）預(yù)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(lái)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(wèn)題。

2）墻板拆分應(yīng)注重標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化以減少板型，兼顧現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)和預(yù)制墻板標(biāo)準(zhǔn)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(duì)復(fù)雜立面造型限制較大，需結(jié)合立面要求合理設(shè)計(jì)瓷磚反打、石材反打、硅膠膜外葉墻或清水飾面效果。

2.3 預(yù)制非夾心保溫剪力墻體系

預(yù)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(yù)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(wú)法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)、保溫及裝飾一體化，主要適用于我國(guó)華中、華南等夏熱冬冷、夏熱冬暖地區(qū)。根據(jù)該體系特點(diǎn)，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需注意以下事項(xiàng)。

1）可通過(guò)單層墻板端部外挑，充當(dāng)水平后澆帶外模板（見(jiàn)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(wú)夾心保溫和外葉板，灌漿縫外側(cè)封漿難度較大，當(dāng)采用膠條封倉(cāng)時(shí)，對(duì)墻板有效截面削弱較大，且暴露于外立面上，不宜采用；當(dāng)采用座漿料封倉(cāng)時(shí)，需采取可靠施工工藝，防止產(chǎn)生裂縫導(dǎo)致漏漿污染外墻，也可采用外側(cè)附加外模板進(jìn)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(hù)墻采用預(yù)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(fēng)荷載及地震作用，不參與主體結(jié)構(gòu)受力，但滿足適應(yīng)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(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，在我國(guó)香港、深圳及部分華中地區(qū)有一定應(yīng)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(diǎn)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(jìn)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(guò)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(guò)線連接的方式形成整體，對(duì)主體結(jié)構(gòu)剛度造成影響，適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)變形的能力較差，需考慮其整體計(jì)算與節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。

2）連接節(jié)點(diǎn) 某項(xiàng)目采用預(yù)制外掛凸窗水平連接節(jié)點(diǎn)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(jiàn)圖4）。

圖1 全預(yù)制陽(yáng)臺(tái)板根部預(yù)留部分疊合范圍

圖2 預(yù)制樓梯支座連接節(jié)點(diǎn)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(yù)制的內(nèi)外兩葉墻板，二者通過(guò)桁架鋼筋連接，中間預(yù)留空腔，并在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)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(guò)全自動(dòng)流水線生產(chǎn)，自動(dòng)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(diǎn)。根據(jù)該體系特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需注意以下事項(xiàng)。

1）疊合剪力墻結(jié)構(gòu)墻體間接縫數(shù)量多且構(gòu)造復(fù)雜，相關(guān)試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐有限，其最大適用高度較現(xiàn)澆剪力墻控制更嚴(yán)格，不同抗震設(shè)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)》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(shí)際需要和雙面疊合墻板內(nèi)外葉可制作不同長(zhǎng)度的特點(diǎn)，DG/TJ 08-2266—2018《裝配整體式疊合剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》給出邊緣構(gòu)件局部預(yù)制、局部現(xiàn)澆的做法，可免除外部或內(nèi)部腳手架搭設(shè)（見(jiàn)圖5）。

3 結(jié)語(yǔ)

不同氣候條件、抗震設(shè)防要求、建筑特點(diǎn)及政策導(dǎo)向促使各地出現(xiàn)多樣化的裝配式技術(shù)體系。由于不同技術(shù)體系采用的預(yù)制構(gòu)件種類(lèi)及連接方式不同，其在裝配式建筑平面布局、立面風(fēng)格、構(gòu)件拆分及細(xì)部防水、防火節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方面的要求差異較大，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需了解不同技術(shù)體系的技術(shù)特點(diǎn)和適用范圍，掌握其設(shè)計(jì)要點(diǎn)，根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)策劃和方案設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。

圖4 某項(xiàng)目預(yù)制外掛凸窗水平連接節(jié)點(diǎn)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(yù)制