裝配式剪力墻住宅建筑設計的要點分析

黃 穎 顧 進

上?，F代建筑設計集團工程建設咨詢有限公司 上海 200041

上海市從2011年開始推進住宅產業(yè)化，經歷2011—2015年試點推進期和面上推廣期后，2016年發(fā)布601號文，全面推行裝配式建筑，覆蓋范圍由住宅領域普及至公共建筑（民用、工業(yè)建筑）領域。由此可見，上海市把裝配式建筑發(fā)展作為建筑業(yè)轉型升級的重要突破口，認為裝配式建筑是傳統(tǒng)建筑業(yè)與先進制造業(yè)良性互動、建筑工業(yè)化和建筑信息化深度融合的產物。對于如何進行裝配式住宅建筑的設計和建造，GB/T 51231—2016《裝配式混凝土建筑技術標準》和上海市DG/TJ 08-2071—2016《裝配整體式混凝土居住建筑設計規(guī)程》給出很多要求和建議，在項目實際應用中有些注意點需要引起設計人員的重視，并采取合理的技術方法和構造措施，從而提高裝配式住宅建筑的建造質量。

1 住宅建筑裝配式的現狀

目前較多高層住宅建筑都適用裝配式的全新施工、設計模式。裝配式能簡化現有的施工流程，合理運用能減少企業(yè)耗費的整體成本。保障房、商品房等均可采用裝配式剪力墻結構體系。該體系工業(yè)化程度高，預制比例高，房間空間完整，成本最低可與現澆持平、可選擇局部或全部預制，常采用全預制剪力墻、疊合樓板、樓梯、陽臺、空調板、飄窗等預制構件。 根據滬建建材〔2019〕765號，外圍護的建筑部品部件可計入預制率，其本質是鼓勵工業(yè)化制品的應用，如標準化成品板材墻板、通高窗等。在裝飾、機電施工方面，也可最大程度地采用工廠預制、現場組裝的工藝，如外門窗與預制外墻板生產時一起安裝，衛(wèi)浴、廚房采用整體廚衛(wèi)體系[1-3]。

根據滬建建材〔2019〕97號文的要求，上海市內新建居住建筑（100 m及以下），建筑單體預制率不低于40%或單體裝配率不低于60%。

2 裝配式剪力墻住宅建筑設計的注意點

裝配式建筑不能片面地理解為“裝配式結構”，建筑師在方案之初就應主導裝配式建筑設計，將建筑空間還原為基本模塊，立面設計歸納成“少規(guī)格、多組合”。裝配式住宅建筑作為一種“工業(yè)化住宅”，需要深入研究住宅套型設計的標準化與系列化，保證預制構件模具的重復利用率，關注技術的合理性和造價的經濟性，并且一開始就要考慮節(jié)點構造和施工的因素。就好比一個樂高模型，盡管由很多個零件組成，形成整體后卻很牢靠，這就得益于整體設計時的合理拆分和可靠的連接[4-6]。

以上海市金山區(qū)某小區(qū)項目為例，項目類型為保障性住房，共9棟住宅單體，均采用裝配整體式剪力墻結構。通過A、B兩種典型房型單元組合，其中1#～3#樓為A＋A雙拼、4#～8#樓為B＋B雙拼、9#樓為B單拼，兼顧部品部件的配套適配性、耐久性，裝配式目標為建筑單體預制率不低于40%，采用外墻內保溫的保溫形式（滬建建材〔2016〕1號文要求裝配式保障性住房不應采用現場濕作業(yè)法進行外墻外保溫施工）。預制構件類型：預制剪力墻外墻、預制剪力墻內墻、預制外圍護墻、疊合樓板、預制陽臺、樓梯梯段板、預制凸窗。

2.1 建筑設計（模數化、少規(guī)格、多組合）

根據本項目房型面積配比要求，建筑的開間、進深、層高、隔墻及門窗洞口寬度等分部件應以基本模數（1M=100 mm）及擴大模數（2M、3M等）為基礎，為后續(xù)生產、安裝等環(huán)節(jié)的尺寸協(xié)調打好基礎，同時盡量減少預制構件種類，以有效降低建造成本。

各功能空間合理布局、規(guī)則有序，符合建筑功能和結構抗震安全要求?？紤]到裝配式結構的受力合理性，平面設計中放棄轉角窗。按照少規(guī)格、多組合的原則，戶型規(guī)格少可以使單元型住宅樓的戶型模塊化。其中戶型共5種，占最多比例的A1、A2、B2這3種戶型，總計約76%。

本工程從2層起采用預制墻體、樓板、樓梯等構件，盡量利用通用構件。建筑外立面的造型則遵循寧“凹”不“凸”的原則。凹于外墻基準面的造型，生產時僅在現有的底模上增加少量造型條狀模具，對生產效率幾乎不影響；凸出的造型需要增加模具用量和拆裝的工時，少量的凸出造型建議采用建筑裝飾或預留鋼筋，局部現澆。相比預留鋼筋，標準的預留接駁器會更有利于運輸和吊裝。從本工程的經驗來看，接駁器的設置和位置控制實際效果不理想；對于受力較大、復雜的線腳來說，建議預留鋼筋。另外，真石漆結合預制墻體的安裝縫設置石材分格線，以減少裝配式構件對外立面的影響。

2.2 預制構件拆分和連接方式

對裝配整體式剪力墻結構進行計算分析時，高度超限數值、梁剛度放大系數等與傳統(tǒng)設計有細微的差別，更重要的是提高結構的整體抗傾覆能力。預制構件拆分、構造做法應與結構計算模型一致；跨越樓層的上翻連梁，宜按設縫雙連梁設計，拆分時歸入上、下預制墻體中[7-9]。

預制構件拆分需兼顧安全性、可實施性和經濟性，構件形式宜簡潔，以利于控制成本。拆分原則為：構件接縫選在應力小的部位；高層建筑柱梁套筒連接節(jié)點應避開塑性鉸位置；疊合樓板拆分的方向（板縫）應垂直于長邊；應考慮工廠模臺或生產線尺寸、道路路況、施工現場起重機限制等因素；轉角墻、窗間墻長度是否滿足裝配式實施，凹口寬度是否滿足施工操作要求；盡可能統(tǒng)一和減少構件規(guī)格。據了解，預制構件的一個開模模具使用的合理次數是60～200次。對于單個項目而言，特定預制構件的數量達到60個就可以單獨開模，以90個為宜。

預制外墻拆分方式可分為整間板方式、窗間墻條板方式（窗間墻采取預制方式，洞口上部疊合連梁同剪力墻后澆連接）、立體墻板方式。本工程主要采用窗間墻板式，預制構件數量有所增加，但是制作難度、伸出鋼筋難度、連接節(jié)點難度較小，現澆混凝土量較少，技術和管理等成本相對減少。

帶洞口墻板窗下墻的構造主要有：與下部連梁形成整體受力連梁；與下部連梁分離，作為雙連梁之一；作為輕質填充墻板。若作為輕質填充墻板，則預制率相應減少。本工程主要采用的是雙連梁的形式，從而導致預制墻板在樓層處出筋，有可能影響施工的腳手架等，需前期做好策劃、合理避讓；若不能避讓，則可以考慮先預留接駁器，后連接鋼筋。

對于裝配式剪力墻結構而言，“可靠的連接方式”是最重要的，是結構安全的基本保障。連接方式決定連接節(jié)點的設計，其中預制墻板的連接是最為關鍵的。本工程采用如下幾種連接方式：承重剪力墻內縱向鋼筋上下連接主要采用螺栓連接；對于出現偏拉的剪力墻肢，單排螺栓或單排灌漿套筒連接無法提供有效的平面外抗彎承載力，此處采用梅花形交叉布置的灌漿套筒連接（圖1）；預制圍護墻豎向分布鋼筋則采用螺栓盲孔連接。

圖1 預制墻豎向分布鋼筋梅花形連接

2.3 灌漿質量控制

相比框架梁、柱節(jié)點連接使用的灌漿套筒，裝配式剪力墻采用的套筒直徑較小，灌漿料總量小，對灌漿質量控制要求高，密實度控制難度大。相比半灌漿套筒，全灌漿套筒的連接可靠性更好些。本項目采用全灌漿套筒，并對灌漿質量采取相應措施：

1）設計要求嚴格按照灌漿料使用說明上的配合比和工藝拌制灌漿材料，拌制完成的漿體必須在30 min內用完。每一層預制構件安裝到位后應及時灌漿，不宜超過2層一起施工。

2）灌漿施工期間留存灌漿全過程影像資料（圖2），進行全過程監(jiān)控。

圖2 灌漿料施工影像資料

3）灌漿工序在該層現澆結構施工完成、進行上層吊裝施工前進行，同層構件一次性灌漿。

2.4 防水構造和處理

與傳統(tǒng)的現澆結構相比，預制混凝土結構整體現澆的外板，保證了結構構件連接的整體性、連續(xù)性，不會因不同材料熱膨脹系數之間的差異而引起磚墻與混凝土接縫處開裂，繼而導致滲水的現象。但另一方面，由于眾多板塊拼接，故勢必會產生預制板墻之間的水平縫和豎向縫等縱橫交錯的板塊拼縫，從而有可能產生滲漏現象，成為防水的薄弱地帶。

防水薄弱部位宜采用材料防水和構造防水相結合的做法。預制外墻板的水平接縫采用高低縫或企口縫構造，理論上具有更好的防水效果，但是該做法給預制構件的制作帶來更多困難，運輸和吊裝過程中會對企口和高低縫有損傷，實際防水效果未必理想。本工程主要采取如圖3所示的防水做法，采用內外2道防水相結合的方式，外墻板接縫處用背襯材料加密封膠防水，內側用封堵砂漿加灌漿料填縫。

圖3 PC外墻板與現澆樓板間防水做法（A房型）

隨著裝配式建筑實踐的不斷推進，防水材料研究的不斷深入，期待在不久的將來，裝配式建筑的防水問題能得到更好的解決。

2.5 其他

裝配式建筑總的原則，應該是將“共性的”進行預制，達到工業(yè)化的目的，將“個性的”進行現澆。現階段預制構件的生產還是項目單獨開模，很難做到提前備置預制構件，從而增加了裝配式建筑的建造時間和成本。工業(yè)化的方法應該是把常用的預制構件按尺寸和配筋梯度分類，而不是根據特定的建筑結構來定制。非抗震構件，如樓板、樓梯等完全可以采取標準化產品；而抗震構件，則可以考慮用產品化的預制混凝土結構（預制柱、梁、半預制樓板）模式來保證質量并縮短工期，配合隔震減震體系來保證抗震性能。

為達到等同于現澆結構的目的，目前裝配式建筑常采用的是裝配整體式混凝土結構形式，其抗震性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的預制結構，但是構件形式相對復雜，加工難度也大。要提高建造效率，就需要建立裝配式建筑獨特的結構形式和新的連接方式。

3 結語

本文結合工程案例，從裝配式剪力墻住宅建筑設計過程中的幾個方面著手，通過問題的描述、實際采用的技術方法和構造措施的介紹和分析，為這類項目的設計提供了參考。

當前，發(fā)展裝配式建筑已經成為一種共識，在現有市場資源情況下，關鍵是如何消化掉成本增量這個問題。如本裝配式住宅項目，需要管控很多前置要點，從項目立案到吊裝第1塊預制構件，理想狀況下大約需要5個月的時間，其中涉及許多專業(yè)單位。裝配式建筑需要一種聯合或合作，是一體化的模式，EPC模式就相對比較合適；這種模式也利于裝配式建筑的優(yōu)化設計和質量控制。