高層裝配式剪力墻結構設計

單中祥

南京長江都市建筑設計股份有限公司 江蘇 南京 210002

1 前言

二十一世紀以來，我國的基建發(fā)展迅猛，結構設計水平也得到了長足的發(fā)展，但是現澆結構設計帶來了污染性強、耗能高等一系列產業(yè)問題，2014年住建部要求加快推進建筑節(jié)能工作，促進建筑產業(yè)現代化。設計單位作為工程行業(yè)的上游及啟動環(huán)節(jié)，扮演了非常重要的角色，要積極主動轉型，整合建筑產業(yè)鏈上資源，主動去推動新型工業(yè)化的發(fā)展，并為建筑現代化的推進提供可靠的技術保障。南京長江都市建筑設計股份有限公司與江北核心區(qū)一起進行了新的嘗試。本文對本項目中的一個代表性的L形轉角公寓裝配式結構設計進行介紹。

2 工程概況

本工程為南京國際健康城開發(fā)建設有限公司在江北新區(qū)建設的人才公寓（1號地塊）項目。地上三十一層，地下一層。本工程抗震設防烈度7度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第一組，抗震設防類別丙類，場地類別Ⅲ類，特征周期Tg＝0.45s。建筑立面如圖1。

圖1 建筑立面效果圖

主體結構三層樓面以下采用現澆，三層樓面以上標準層均采用預制裝配整體式結構，預制裝配技術在本工程的應用內容如下：

1）樓板采用預制非預應力混凝土疊合板，其預制層厚度60mm，現澆層厚度70mm；

2）豎向構件采用預制剪力墻；

3）標準層樓梯采用預制混凝土梯段板；

4）標準層采用預制飄窗、預制空調板；

5）分戶填充墻采用鋼筋陶粒混凝土輕質墻板；

戶內填充墻采用硅酸鈣板輕質隔墻；

以上混凝土預制構件由構件廠統(tǒng)一生產，運至現場安裝，其余疊合構件的現澆層、電梯間處剪力墻、L形轉角處框架柱現澆，預制墻處的暗柱節(jié)點的現澆實現結構整體式連接，剛度和延性基本不低于現澆鋼筋混凝土結構，根據規(guī)范可等同于現澆結構設計。

3 結構體系初步計算

本工程抗震等級二級,采用樁徑700mm鉆孔灌注樁基礎，主要結構特性及材料特征如表1，表2。

表1 主要結構特性

表2 主要材料特性

結構分析軟件采用PKPM系列軟件程序，以現行規(guī)范為依據。結構模型初步計算時按多遇地震下的彈性分析及罕遇地震下的靜力彈塑性分析分別計算，初算結果均滿足現行規(guī)范要求。本工程標準層結構布置圖見圖2。

圖2 標準層結構布置圖

4 結構設計難點

（1）本項目為L型，且建設方出于造型要求，不允許結構斷縫。

（2）本項目有預制率50%的要求[2]。

5 設計手段

（1）結構模型采用兩種地震工況下分析：多遇地震下的彈性分析、罕遇地震下的靜力彈塑性分析；并將模型右邊刪除進行單體計算，2種模型進行包絡設計，布置圖見圖3：

圖3 左單體標準層結構布置圖

（a）由下圖a-圖d可知，兩個模型結果形態(tài)基本類似，整體模型在加入轉角框架柱之后，各項指標均優(yōu)于單體模型。

（b）對關鍵構件設置了抗震性能目標如表3：

表3 性能目標

（c）交界處樓板板厚加厚至150mm，根據中震作用下的應力分析結果并按配筋率不小于雙層雙向0.25%配筋。且因房子相對較長，且非常規(guī)形狀，進行溫度應力分析，考察樓板應力水平，找出受力薄弱部位和應力水平較高部位。

（d）采用全樓彈性膜模型計算溫度應力對梁及豎向構件的影響。

（e）根據溫度應力計算結果對薄弱部位（轉角處）采取加強措施。

（2）本工程在裝配式設計時[5,6]，根據經濟性及標準化的優(yōu)先級選擇預制構件，對每個構件科學的使用，通過合理的選用及布置，節(jié)約成本，布置圖見圖4：

圖4 標準層預制構件布置圖

（a）其一為了滿足裝配率要求，首選填充墻采用蒸壓陶粒墻板、ALC等預制墻板；

（b）其二板類水平構件預制優(yōu)先，如疊合板、陽臺板、預制樓梯板等，針對陽臺形式采用全預制陽臺，具有連接可靠、標準化高、不易開裂的優(yōu)點；最后采用預制承重墻來滿足裝配率指標要求。

（c）預制剪力墻暗柱采用現澆，分布墻段采用預制，墻體豎向分布筋替換為大直徑鋼筋，采用直螺紋套筒灌漿連接技術[3,4]，層間豎向鋼筋集中布置在直螺紋套筒內。

（d）其三裝修采用管線與主體分離，地面采用架空地板，墻面采用輕鋼龍骨+帶飾面硅酸鈣板，廚衛(wèi)采用集成式廚衛(wèi)，安裝效率高，結構主體無需預埋機電管線，構件設計、生產效率高，且后期維護方便。

（e）太陽能與建筑外立面一體化設計，大幅度提高能源利用，提高建筑工業(yè)化和預制裝配的效率，避免重復施工。

（f）BIM技術在建筑全生命周期內的全過程運用[1]。具體采用: CATIABIM技術。CATIA軟件模擬預制構件預拼裝模、檢查構件節(jié)點的拼裝及碰撞；BIM模型的技術避免管線間碰撞；這兩項技術減少及避免返工，優(yōu)化了施工工序，提高施工精度。

6 設計成果

本工程最終主體結構預制率30.8%，外圍護墻和內隔墻占比20%，裝修與設備管線30%.最終預制裝配率80.8%。太陽能板外立面的應用能夠有效減少每棟公寓的能源消耗。運用高品質公寓的設計理念，以新型工業(yè)化方式為建造手段，深度融合綠色建筑、科技智慧等集成技術，打造高品質的國際人才社區(qū)，圓滿滿足了新區(qū)既定的要求。

7 結語

本文介紹了高層全預制裝配整體式混凝土力墻結構體系的設計時的結構難點及處理手段，以及采用的預制裝配技術的應用和創(chuàng)新。通過本工程的實踐我們取得一下成果：

（1）L形公寓不斷縫的情況下，采用裝配式，僅梁柱及部分剪力墻現澆，其余結構均采用預制裝配化，從而減少了現場濕作業(yè)量，提高了綜合經濟效益，且計算分析結構的各項性能參數均滿足設計要求。

（2）本工程實現了標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修和智能化管理的全流程的科學生產方式。

（3）本工程的室內填充墻、空調機位、陽臺欄板、整體廚衛(wèi)等非結構構件都極大比例的采用了標準構件、標準產品，實現了整體建筑無外腳手架、無砌筑、無抹灰，減少了現場濕作業(yè)，達到了綠色施工的要求。本工程整體裝配率為80.8%，是一個較成功的工程范例。

（4）國家大戰(zhàn)略要求正確認識和把握碳達峰碳中和，故裝配式建筑有穩(wěn)定的社會效益和經濟效益，故作為一個結構設計人員，必須抓住行業(yè)的這份契機，學好裝配式建筑，用好裝配式建筑，助力早日實現碳達峰碳中和的偉大目標。