裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量管控研究

崔瑞乾

（中國鐵建房地產(chǎn)集團有限公司 北京 100039）

1 引言

裝配式建筑的發(fā)展是建筑行業(yè)的重大變革。裝配式建筑將大量構(gòu)件提前在工廠預(yù)制生產(chǎn)，在現(xiàn)場通過可靠連接方式裝配成為整體，具有現(xiàn)場作業(yè)量少、可有效縮短工期、環(huán)境污染小、人工成本低、施工質(zhì)量易控制等優(yōu)點，符合我國可持續(xù)發(fā)展的理念，是實現(xiàn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要途徑[1－2]。近年來我國出臺了一系列政策推動裝配式建筑的發(fā)展，目前國內(nèi)裝配式住宅主要采用裝配整體式鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，預(yù)制剪力墻豎向鋼筋主要采用鋼筋套筒灌漿連接。對于設(shè)計與施工人員來說，裝配式建筑設(shè)計與建造經(jīng)驗均屬于探索階段[3]，對設(shè)計和施工質(zhì)量的控制還不成熟。結(jié)合我國現(xiàn)階段裝配整體式鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工現(xiàn)狀，對其建造全過程管控要點進行梳理與研究，為其以后建造規(guī)范化以及質(zhì)量保證具有重要意義。

2 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)實施全過程管控要點

在裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)建筑實施全過程中，包含五個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：技術(shù)策劃、設(shè)計、加工、施工、驗收。

（1）技術(shù)策劃階段

需充分考慮項目定位、建設(shè)規(guī)模、裝配化目標、成本限額以及各種外部條件影響因素，制定合理的概念方案，提高預(yù)制構(gòu)件的標準化程度，共同確定裝配式建筑實施方案，為后續(xù)階段提供設(shè)計依據(jù)。

（2）設(shè)計階段

可細分為方案設(shè)計階段、初步設(shè)計階段、施工圖設(shè)計階段和構(gòu)件深化設(shè)計階段。方案設(shè)計階段應(yīng)根據(jù)技術(shù)策劃實施方案，做好平面、立面及剖面設(shè)計，為擴初階段設(shè)計奠定基礎(chǔ)。其管控要點包括：規(guī)劃方案需選取適宜的樓棟采用產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，在總平面規(guī)劃時考慮構(gòu)件進場的路線及堆放區(qū)域；建筑單體方案要使戶型設(shè)計、立面效果滿足產(chǎn)品定位；兼顧完善產(chǎn)品功能的同時考慮產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的運用；基本單元或基本戶型滿足模數(shù)協(xié)調(diào)等。初步設(shè)計階段應(yīng)與各專業(yè)進行協(xié)同設(shè)計，進一步落實和細化所采用的技術(shù)方案的可能性和實施性。其管控要點包括：控制各項建筑指標；選擇合理的裝配式結(jié)構(gòu)體系，開始引入精裝設(shè)計；考慮建筑部品、設(shè)備管線尺寸與戶型、預(yù)制構(gòu)件之間的尺寸關(guān)系；設(shè)備管線鋪設(shè)方式、管線走向的方案比選；供水方案與系統(tǒng)的經(jīng)濟性比選；樓、電梯核心筒位置的合理布置等。施工圖設(shè)計階段應(yīng)按照制定的技術(shù)措施進行施工圖設(shè)計，形成完整可實施的施工圖設(shè)計文件，滿足施工圖審查要求。其管控要點包括：產(chǎn)業(yè)化內(nèi)容在施工圖紙中的表達，各專業(yè)交叉內(nèi)容的避讓與協(xié)調(diào)；確定總包施工或安裝方式、構(gòu)件廠的加工工藝以及相關(guān)內(nèi)容在圖紙中的體現(xiàn)等。構(gòu)件深化設(shè)計階段應(yīng)按照工廠生產(chǎn)需求進行構(gòu)件深化設(shè)計，形成完整可實施的深化設(shè)計圖文件，應(yīng)滿足預(yù)制構(gòu)件制作、工程量統(tǒng)計和施工安裝需求。其管控要點包括：審查合格的施工圖作為構(gòu)件深化設(shè)計條件圖，各專業(yè)管線預(yù)留預(yù)埋條件、精裝修預(yù)留預(yù)埋條件、幕墻預(yù)留條件，模板體系、測量放線孔、外防護架、塔吊附著等其他施工措施的預(yù)留條件，并要求以深化設(shè)計或施工總包牽頭組織預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計圖紙繪制，深化設(shè)計各階段建設(shè)方適時組織專項評審工作，及早發(fā)現(xiàn)施工難度大、影響施工工期及無法施工的部位等。

（3）加工階段

宜選用與項目距離在120 km經(jīng)濟運輸范圍內(nèi)的預(yù)制構(gòu)件廠，且應(yīng)具有完整的組織架構(gòu)和預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量控制體系以及完善與可靠的加工場地、加工設(shè)備，產(chǎn)能產(chǎn)量應(yīng)滿足項目需求。在構(gòu)件生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)材料及相關(guān)資料需符合國家規(guī)范或行業(yè)標準，進場應(yīng)進行相關(guān)檢驗，并做好相關(guān)檢驗記錄以備查驗；應(yīng)對產(chǎn)品每道生產(chǎn)工序工藝進行檢驗，并做好相關(guān)記錄，及時發(fā)現(xiàn)和整改不符合要求的生產(chǎn)工序，檢查相關(guān)質(zhì)量記錄、檔案、資料以及報表。構(gòu)件運輸前需確定現(xiàn)場的吊裝計劃，制定構(gòu)件運輸方案，并嚴格按照運輸方案管理運輸過程，同時應(yīng)重點把控運輸路線、運輸車輛、運輸進度計劃、構(gòu)件進場檢驗、構(gòu)件堆放要求等要點。

（4）施工階段

項目實施過程中，施工總包單位宜在設(shè)計策劃階段提前介入。當項目設(shè)計階段無法確定施工總包單位時，在裝配式項目施工開始前應(yīng)針對性編制切實可行的施工組織方案。施工過程中，應(yīng)嚴格把控構(gòu)件進場檢驗、驗收、存放和吊裝施工；控制各施工作業(yè)工序銜接和合理的施工組織設(shè)計方案以減少現(xiàn)場施工工期，降低工程造價；重視現(xiàn)場安全管理，預(yù)制構(gòu)件堆場區(qū)域內(nèi)應(yīng)設(shè)封閉圍擋和安全警示標志，非操作人員不準進入吊裝區(qū)。另外，裝配式項目施工人員必須是專業(yè)的產(chǎn)業(yè)化工人，必須掌握操作要領(lǐng)，經(jīng)培訓考核通過后持證上崗，所有培訓上崗人員名單在施工總包單位備案。

（5）驗收階段

裝配式項目驗收可作為主體結(jié)構(gòu)分部的子分部工程，其后澆混凝土部分按混凝土結(jié)構(gòu)子分部工程要求驗收。

3 結(jié)構(gòu)安全管控關(guān)鍵點分析

結(jié)構(gòu)安全是裝配式結(jié)構(gòu)質(zhì)量管控的重中之重，實際工程中可從結(jié)構(gòu)設(shè)計及重點連接部位等角度采用多種措施保證裝配式混凝土剪力墻的結(jié)構(gòu)安全。

3．1 不同結(jié)構(gòu)高度實施差異化預(yù)制率

從結(jié)構(gòu)抗震角度來看，相同抗震設(shè)防烈度下，結(jié)構(gòu)高度越高，對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防要求越高。通過對不同結(jié)構(gòu)高度的建筑實施差異化預(yù)制率，可有效控制結(jié)構(gòu)高度較高建筑的預(yù)制構(gòu)件應(yīng)用比例。以北京地區(qū)為例，建筑高度在60 m（含）以下時，其單體建筑預(yù)制率應(yīng)不低于40%；建筑高度在60 m以上時，其單體建筑預(yù)制率應(yīng)不低于20%。圖1為北京某典型項目預(yù)制剪力墻布置?？梢钥闯?，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)先采用疊合樓板，高度大于60 m、20%預(yù)制率要求下，預(yù)制剪力墻應(yīng)用較少且多為內(nèi)墻，剪力墻邊緣構(gòu)件基本現(xiàn)澆。對不同建筑高度差異化預(yù)制率要求，限制了抗震設(shè)防要求較高的高度大于60 m建筑豎向構(gòu)件采用預(yù)制構(gòu)件的比例，可保證結(jié)構(gòu)安全。對于高度小于60 m的建筑，其抗震設(shè)防要求相對較低，適當擴大預(yù)制剪力墻應(yīng)用范圍對結(jié)構(gòu)抗震性能影響不明顯。

圖1 不同預(yù)制率下預(yù)制剪力墻應(yīng)用范圍

3．2 限制預(yù)制豎向構(gòu)件應(yīng)用部位

震害調(diào)查結(jié)果表明，設(shè)計合理的剪力墻結(jié)構(gòu)基本可形成“強墻肢弱連梁”的預(yù)期破壞模式，形成良好的連梁破壞耗能機制，墻肢損傷主要集中在底部加強區(qū)和邊緣構(gòu)件位置[4]。目前裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強區(qū)一般采用現(xiàn)澆剪力墻，底部加強區(qū)以上標準層采用預(yù)制剪力墻。圖2為某裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的損傷分布。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為8度，地上18層，結(jié)構(gòu)高度52.2 m，結(jié)構(gòu)高寬比為4.3。罕遇地震作用下的彈塑性分析表明，結(jié)構(gòu)損傷主要集中在連梁部位，底部加強區(qū)部分墻肢出現(xiàn)較為嚴重的損傷。在底部加強區(qū)采用現(xiàn)澆剪力墻可避免在結(jié)構(gòu)潛在損傷位置應(yīng)用預(yù)制剪力墻，可保證結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的抗震性能。

圖2 某裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)罕遇地震下?lián)p傷分布

另外，受預(yù)制墻拆分及連接構(gòu)造要求制約，底部加強區(qū)以上部位邊緣構(gòu)件多數(shù)為現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件，預(yù)制邊緣構(gòu)件多用于少量南北立面，避免在底部加強區(qū)及邊緣構(gòu)件等受力較為不利的位置采用預(yù)制墻，可保證裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能。

3．3 提高鋼筋連接接頭性能指標要求

目前，我國裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)預(yù)制墻豎向鋼筋多采用套筒灌漿連接。如圖3所示，實際結(jié)構(gòu)在大震作用下，套筒灌漿接頭連接的豎向鋼筋大部分難以達到鋼筋強化段，鋼筋工作應(yīng)力多處于彈性段或屈服平臺段。以常用HRB400鋼筋為例，鋼筋工作應(yīng)力多低于450 MPa，明顯低于套筒灌漿接頭強度要求 1.15fstk（621 MPa）[5－6]，安全系數(shù)大于1.38，合格的套筒灌漿接頭可保證在大震作用下結(jié)構(gòu)中絕大部分鋼筋不損壞于接頭位置。

3．4 采用套筒灌漿接頭現(xiàn)場灌漿質(zhì)量控制措施

鋼筋套筒灌漿連接是目前裝配式混凝土結(jié)構(gòu)常用的鋼筋連接方式，灌漿質(zhì)量是保證套筒灌漿接頭受力性能的關(guān)鍵，直接影響裝配式結(jié)構(gòu)的抗震性能。為保證灌漿密實度，研究人員提出如圖4所示的出漿口增設(shè)套筒灌漿檢測器的灌漿質(zhì)量改善措施，工藝試驗及工程實踐表明，該技術(shù)可確保套筒自身的飽滿度，生產(chǎn)及安裝成本低。

3．5 技術(shù)改進

針對鋼筋套筒灌漿連接預(yù)制墻采用大直徑大間距配筋技術(shù)[7－8]，如圖5所示。采用少量大直徑豎向鋼筋代替?zhèn)鹘y(tǒng)剪力墻多根小直徑豎向鋼筋。該技術(shù)可在保證預(yù)制墻抗震性能的基礎(chǔ)上，減少預(yù)制邊緣構(gòu)件豎向鋼筋接頭數(shù)量，便于邊緣構(gòu)件內(nèi)接頭排布，同時降低對預(yù)制墻加工、安裝精度的要求，提高工廠預(yù)制、現(xiàn)場安裝效率；鋼筋直徑有所提高，大直徑鋼筋接頭施工質(zhì)量更易于保證，并可減少套筒灌漿檢測器使用數(shù)量；邊緣構(gòu)件豎向鋼筋用量基本不增加，預(yù)制墻總成本低于普通構(gòu)造預(yù)制墻，可有效控制預(yù)制墻增量成本。

圖5 鋼筋套筒灌漿連接預(yù)制墻改進構(gòu)造

此外，近年來國內(nèi)研發(fā)出基于鋼筋搭接的各類疊合裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，包括EVE預(yù)制空心板剪力墻[9－11]、雙面疊合剪力墻[12]、縱肋疊合剪力墻等。工程實踐表明，此類疊合剪力墻結(jié)構(gòu)的鋼筋連接技術(shù)、施工工藝等均與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)類似，現(xiàn)場澆筑后混凝土即可同步實現(xiàn)預(yù)制剪力墻豎向鋼筋的搭接連接，施工質(zhì)量易于控制。

4 結(jié)束語

本文介紹裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)實施全過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)以及各階段對應(yīng)的管控要點，并對結(jié)構(gòu)安全管控關(guān)鍵點進行分析，得出以下結(jié)論：

（1）從應(yīng)用范圍角度，針對不同高度建筑，設(shè)定差異化預(yù)制率及裝配式建筑技術(shù)要求，能較好地規(guī)避可能存在的風險，保證主體結(jié)構(gòu)安全。

（2）技術(shù)體系方面，目前廣泛采用的裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)及構(gòu)件最大受力部位均采用現(xiàn)澆混凝土，從技術(shù)角度能較好地規(guī)避可能存在的實施風險。

（3）接頭性能指標方面，現(xiàn)有標準對套筒灌漿連接接頭的性能要求較高，強度要求均高于結(jié)構(gòu)受力實際需求，具有較好的安全儲備。

（4）施工工藝方面，應(yīng)用套筒灌漿檢測及補償措施可從根源上解決大眾對主體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的擔憂。

（5）新技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用方面，近幾年大量研發(fā)和應(yīng)用的疊合混凝土結(jié)構(gòu)，其鋼筋連接技術(shù)、施工工藝等均與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)類似，施工質(zhì)量易于控制，能較好地被大眾所理解和接受。