預(yù)制剪力墻標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)研究
——以重慶市某裝配式項(xiàng)目為例

孫浩然，董恒瑞，羅干，董瑩，李康平

（中煤科工重慶設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司 綠色建筑設(shè)計(jì)研究院，重慶 400042）

0 引言

裝配式建筑是指預(yù)制構(gòu)件在工廠生產(chǎn)，再運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)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(guò)程中，裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系逐漸成為應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)體系之一，該結(jié)構(gòu)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(zhì)量[2-4]，有利于我國(guó)建筑工業(yè)化的發(fā)展，具有廣闊的應(yīng)用前景。重慶市裝配式建筑發(fā)展相對(duì)于北京、上海等城市起步較晚，目前在主體結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件方面，僅預(yù)制水平構(gòu)件的研究和推廣較為成熟。目前重慶市預(yù)制剪力墻的應(yīng)用還未大面積推廣，預(yù)制剪力墻的使用較少，標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，容易產(chǎn)生項(xiàng)目效率低、工期長(zhǎng)、成本偏高等問(wèn)題。

目前，國(guó)內(nèi)已有部分工程師對(duì)多種常見(jiàn)預(yù)制剪力墻設(shè)計(jì)方法和預(yù)制剪力墻圖紙深化設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比和分析，但存在分析較為表面、未進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)研究等問(wèn)題[5-6]?；谏鲜鲈?，本文對(duì)預(yù)制剪力墻的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)展開(kāi)研究，以期提升重慶市預(yù)制剪力墻的標(biāo)準(zhǔn)化程度，達(dá)到提高質(zhì)量、提高效益，減少人工、控制造價(jià)的目標(biāo)。

1 工程概況

重慶市某裝配式項(xiàng)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(kù)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)，主體預(yù)制構(gòu)件2—19 層采用了桁架鋼筋混凝土疊合板、預(yù)制樓梯，3 層至屋面層采用預(yù)制剪力墻，裝配率達(dá)到65%以上。

2 預(yù)制剪力墻標(biāo)準(zhǔn)化研究

預(yù)制剪力墻的布置和拆分與建筑平面布局密切相關(guān)，具體項(xiàng)目中面對(duì)的情況相對(duì)復(fù)雜。在拆分剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，首先應(yīng)系統(tǒng)分析建筑施工圖和結(jié)構(gòu)施工圖，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)條件與平面布局有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，然后通過(guò)初步拆分確定預(yù)制范圍，即哪些部分適合預(yù)制，哪些部分不適合預(yù)制，并在滿足預(yù)制剪力墻拆分原則模數(shù)化的情況下進(jìn)行預(yù)制剪力墻的拆分。

2.1 預(yù)制剪力墻的選擇

以灌漿套筒連接方式的預(yù)制剪力墻為例，對(duì)預(yù)制剪力墻設(shè)計(jì)模板進(jìn)行研究，該類型預(yù)制剪力墻為重慶市目前普遍使用的預(yù)制剪力墻類型之一，具有良好的連接和力學(xué)性能。

在進(jìn)行預(yù)制剪力墻范圍的選擇時(shí)，宜避免選擇短肢剪力墻進(jìn)行預(yù)制，宜優(yōu)先選取內(nèi)墻中T 型、L 型等側(cè)向剛度較大的剪力墻進(jìn)行拆分，若選取一字型剪力墻進(jìn)行拆分，宜對(duì)該剪力墻適當(dāng)加強(qiáng)，若選取結(jié)構(gòu)外墻進(jìn)行預(yù)制，宜避免該剪力墻有挑板等建筑構(gòu)造連接。

2.2 預(yù)制剪力墻的拆分及標(biāo)準(zhǔn)化

2.2.1 預(yù)制剪力墻的拆分原則

在進(jìn)行預(yù)制剪力墻的拆分時(shí)，首先應(yīng)確認(rèn)能夠滿足施工現(xiàn)場(chǎng)起吊要求的最大重量，得到能夠滿足施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝條件的預(yù)制剪力墻最大尺寸，再根據(jù)《重慶市裝配式建筑裝配率計(jì)算細(xì)則（2021 版）》和土建設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)墻柱圖進(jìn)行拆分，并符合以下原則：

1）在進(jìn)行預(yù)制剪力墻拆分過(guò)程中，盡可能使現(xiàn)澆段的長(zhǎng)度不大于600 mm；

2）裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)裝配式建筑方案確定預(yù)制剪力墻板和后澆連接段布置位置；

3）預(yù)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(jié)構(gòu)，預(yù)制剪力墻應(yīng)用比例不宜大于75%；

5）高層剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)區(qū)應(yīng)采用現(xiàn)澆混凝土；底部加強(qiáng)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(jié)構(gòu)，預(yù)制剪力墻宜優(yōu)先布置在內(nèi)墻；

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

8）偏心受拉的剪力墻不應(yīng)采用預(yù)制墻板。

2.2.2 預(yù)制剪力墻的標(biāo)準(zhǔn)化拆分

在按照上述原則進(jìn)行預(yù)制剪力墻拆分后，預(yù)制墻身的長(zhǎng)度規(guī)格數(shù)量可能較多，因此需要進(jìn)行拆分調(diào)整，減小部分預(yù)制墻身長(zhǎng)度，將這部分與剪力墻邊緣構(gòu)件一起進(jìn)行現(xiàn)澆處理，以達(dá)到減少預(yù)制墻身規(guī)格數(shù)量的目的，實(shí)現(xiàn)“少規(guī)格、多組合”的效果。

2.3 工程實(shí)例應(yīng)用

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

根據(jù)《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51231—2016[7]《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 1—2014[8]和《重慶市裝配式建筑裝配率計(jì)算細(xì)則（2021 版）》，剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位宜采用現(xiàn)澆混凝土，并且可以不納入裝配率計(jì)算范圍，因此，該棟高層預(yù)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)層預(yù)制剪力墻進(jìn)行剪力墻邊緣構(gòu)件和墻身的拆分后，預(yù)制墻身的規(guī)格、數(shù)量和重量如表1 所示。

表1 預(yù)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(yù)制剪力墻墻身規(guī)格，其中1300 mm 的預(yù)制墻身重量為1.89t，超出該項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)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(duì)剪力墻拆分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)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(yù)制剪力墻墻身，1300 mm 規(guī)格剪力墻墻身做成1000 mm 預(yù)制剪力墻墻身，其余部分與剪力墻邊緣構(gòu)件一同進(jìn)行加強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，增加了項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)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(gòu)件大樣

圖2 標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)整后的剪力墻邊緣構(gòu)件大樣

3 預(yù)制剪力墻的連接節(jié)點(diǎn)研究

與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)相比,裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)存在大量的連接節(jié)點(diǎn),當(dāng)結(jié)構(gòu)承擔(dān)外部荷載時(shí),節(jié)點(diǎn)處可能會(huì)因應(yīng)力集中導(dǎo)致變形開(kāi)裂。因此受力鋼筋連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是保證剪力墻結(jié)構(gòu)整體性能的關(guān)鍵,使裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)在承載力、延性及耐久性方面達(dá)到與現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)等同的效果。本節(jié)以項(xiàng)目為例，對(duì)灌漿套筒預(yù)制剪力墻連接節(jié)點(diǎn)處存在的問(wèn)題進(jìn)行分析并提出建議。

3.1 預(yù)制剪力墻的水平連接節(jié)點(diǎn)

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

1）現(xiàn)澆剪力墻與預(yù)制剪力墻的節(jié)點(diǎn)連接

為了使底部加強(qiáng)區(qū)的現(xiàn)澆剪力墻與預(yù)制剪力墻進(jìn)行連接，需對(duì)現(xiàn)澆剪力墻布置預(yù)留插筋，插筋的直徑、數(shù)量、位置與預(yù)制剪力墻墻身豎向連接鋼筋應(yīng)一致，以使插筋與上層預(yù)制剪力墻內(nèi)的套筒一一對(duì)應(yīng)，定位誤差不得大于2 mm，鋼筋深入套筒內(nèi)長(zhǎng)度應(yīng)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(yù)制剪力墻與預(yù)制剪力墻的節(jié)點(diǎn)連接

根據(jù)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 1—2014，預(yù)制剪力墻水平接縫宜設(shè)置在樓面標(biāo)高處，接縫厚度宜為20 mm，穿過(guò)接縫的連接鋼筋數(shù)量應(yīng)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(yīng)小于14 mm。根據(jù)《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51231—2016，當(dāng)豎向分布鋼筋采用“梅花形”部分連接時(shí)（“梅花形”套筒灌漿連接如圖4 所示），連接鋼筋同側(cè)間距不應(yīng)大于600 mm，未連接的豎向分布鋼筋直徑不應(yīng)小于6 mm。由于重慶市預(yù)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(zhì)量，該項(xiàng)目對(duì)墻身鋼筋進(jìn)行加強(qiáng)，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(yù)制剪力墻的質(zhì)量和安全。

圖4 豎向分布鋼筋“梅花形”套筒灌漿連接構(gòu)造示意

圖5 水平后澆帶構(gòu)造示意圖

各層樓面位置，預(yù)制剪力墻頂部無(wú)后澆圈梁時(shí)，應(yīng)設(shè)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(yīng)與現(xiàn)澆或疊合樓、屋蓋澆筑成整體。水平后澆帶內(nèi)應(yīng)配置不少于2 根連續(xù)縱向鋼筋，直徑不宜小于12 mm。

該項(xiàng)目在按上述規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題：該高層建筑三層至五層剪力墻使用的混凝土標(biāo)號(hào)為C35，豎向連接的水平后澆帶也應(yīng)使用C35 的混凝土，但是疊合樓板的現(xiàn)澆部分標(biāo)號(hào)為C30，無(wú)法一起進(jìn)行澆筑。因此，該范圍區(qū)域在混凝土澆筑施工時(shí)應(yīng)設(shè)置鋼筋網(wǎng)進(jìn)行遮擋，分別進(jìn)行澆筑。

3）預(yù)制剪力墻與屋面層的節(jié)點(diǎn)連接

根據(jù)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 1—2014，頂層剪力墻應(yīng)設(shè)置高度不小于250 mm 的圈梁，圈梁內(nèi)縱向鋼筋不應(yīng)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(yù)制剪力墻的豎向連接節(jié)點(diǎn)

1）預(yù)制墻身與邊緣構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)連接

預(yù)制墻身與邊緣構(gòu)件的豎向接縫構(gòu)造應(yīng)滿足《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造》15G310—1～2。在該項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用中，施工現(xiàn)場(chǎng)反饋預(yù)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(zhì)量較差。因此，該項(xiàng)目采用開(kāi)口箍的水平鋼筋伸出形式，以提高施工效率和質(zhì)量（圖7）。

圖7 預(yù)制剪力墻俯視圖

2）預(yù)制剪力墻之間現(xiàn)澆段的節(jié)點(diǎn)連接

該項(xiàng)目選取進(jìn)行預(yù)制的剪力墻最長(zhǎng)為3300 mm，在按拆分原則對(duì)其進(jìn)行拆分時(shí)需拆出兩段預(yù)制墻身。根據(jù)《重慶市裝配式建筑裝配率計(jì)算細(xì)則（2021 版）》，預(yù)制墻間不大于600 mm 的范圍可計(jì)入預(yù)制構(gòu)件應(yīng)用范圍，因此將預(yù)制剪力墻之間現(xiàn)澆段設(shè)置為600 mm。該項(xiàng)目為提高預(yù)制剪力墻與現(xiàn)澆段的整體性，對(duì)附加箍筋進(jìn)行加強(qiáng)處理，連接節(jié)點(diǎn)大樣如圖8 所示。

圖8 連接節(jié)點(diǎn)大樣

4 預(yù)制剪力墻深化設(shè)計(jì)

為使預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠家能夠準(zhǔn)確生產(chǎn)出項(xiàng)目需要的預(yù)制剪力墻，預(yù)制剪力墻深化設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)包含6 個(gè)方向的視圖和4 個(gè)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(yù)制剪力墻深化設(shè)計(jì)過(guò)程中主要控制尺寸高度、配筋、附件和預(yù)留預(yù)埋等方面。

4.1 預(yù)制剪力墻高度的確定

預(yù)制剪力墻在進(jìn)行深化設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該確認(rèn)的是預(yù)制剪力墻的高度。預(yù)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(biāo)高升降的情況，預(yù)制剪力墻的高度應(yīng)減去相應(yīng)的尺寸，最終得到滿足規(guī)范和施工要求的預(yù)制剪力墻高度。

4.2 預(yù)制剪力墻構(gòu)件配筋設(shè)計(jì)

在對(duì)預(yù)制剪力墻進(jìn)行拆分后，在軟件模型中對(duì)拆分后的預(yù)制剪力墻進(jìn)行配筋設(shè)置，該項(xiàng)目對(duì)配筋進(jìn)行了適當(dāng)加強(qiáng)，對(duì)預(yù)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(yù)制剪力墻構(gòu)件附件和預(yù)留預(yù)埋設(shè)計(jì)

預(yù)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(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠家或施工單位指定。該項(xiàng)目根據(jù)生產(chǎn)廠家反饋，由于預(yù)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(yù)埋螺母、拉模件采用預(yù)留孔洞的形式。

在使用軟件生成預(yù)制剪力墻深化圖紙后，需根據(jù)設(shè)備專業(yè)提資在深化圖紙中增加設(shè)備點(diǎn)位的預(yù)留預(yù)埋。設(shè)備點(diǎn)位的預(yù)留預(yù)埋應(yīng)與預(yù)制剪力墻中的鋼筋和支撐埋件、拉模件進(jìn)行避讓處理，若出現(xiàn)無(wú)法避讓的情況，宜對(duì)鋼筋或各種附件的位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。最后應(yīng)對(duì)預(yù)制剪力墻信息表進(jìn)行補(bǔ)充和完善。該項(xiàng)目與生產(chǎn)單位進(jìn)行溝通，為避免鋼筋裸露問(wèn)題，預(yù)留水管豎槽的尺寸定為30（寬）×25（厚）。進(jìn)行預(yù)留預(yù)埋后的預(yù)制剪力墻部分深化大樣圖如圖9 所示。

圖9 預(yù)制剪力墻模板圖與配筋圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)重慶市預(yù)制剪力墻項(xiàng)目進(jìn)行研究，提出了預(yù)制剪力墻拆分方式，并結(jié)合工程實(shí)例解決了目前采用較多的使用灌漿套筒連接方式預(yù)制剪力墻的拆分和深化設(shè)計(jì)，對(duì)裝配式剪力墻的豎向接縫和水平接縫進(jìn)行了要求。拆分后的預(yù)制剪力墻構(gòu)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(yù)制剪力墻規(guī)格數(shù)量，提高了預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)效率，可供重慶市裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考。