裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件深化設(shè)計施工研究

譚正清，夏念恩

（黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑學(xué)院，湖北 黃岡 438002）

引言

裝配式建筑是指把大量現(xiàn)場作業(yè)施工生成轉(zhuǎn)移到工廠進(jìn)行構(gòu)件制作，利用加工制作好的建筑用構(gòu)件，像預(yù)制剪力墻板、預(yù)制樓板、預(yù)制樓梯、預(yù)制陽臺等裝配式構(gòu)件現(xiàn)場制作安裝而成的建筑。裝配式建筑采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、信息化管理、智能化應(yīng)用進(jìn)行生成建設(shè)，是建筑業(yè)現(xiàn)代工業(yè)化、數(shù)字化生產(chǎn)方式的方向。

我國住建部《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》發(fā)展目標(biāo)[1]：智能建造與新型建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的政策體系和產(chǎn)業(yè)體系基本建立；要求2025 年裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到30%；高度重視高端化、智能化、綠色化；打造一批建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，形成一批建筑機(jī)器人標(biāo)志性產(chǎn)品，培育一批智能建造和裝配式建筑產(chǎn)業(yè)基地。

裝配式建筑包括裝配式框架結(jié)構(gòu)和裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)中構(gòu)件深化設(shè)計是智能建造施工難點[2]，目前我國智能生產(chǎn)基地不夠完善，BIM的標(biāo)準(zhǔn)化部品部件庫和部品部件智能生產(chǎn)工廠成品效率不高，為智能化生產(chǎn)造成障礙。本論文對裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件深化設(shè)計深化設(shè)計施工難點進(jìn)行探索與研究。

1 項目概況

1.1 工程概況

某高層裝配式住宅1 棟樓地上21 層,地下2 層和1-3 層采用現(xiàn)澆框架剪力墻結(jié)構(gòu)，4-21 層為標(biāo)準(zhǔn)層，標(biāo)準(zhǔn)層建筑面積636.48m2，標(biāo)準(zhǔn)層采用裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，PC 構(gòu)件類型構(gòu)包括樓板(衛(wèi)生間，樓電梯向前室、水電井除外)、空調(diào)板、樓梯梯段板、內(nèi)、外墻。地上建筑面積14972.32m2，設(shè)計使用年限50 年，建筑物抗震設(shè)防烈度7 度，預(yù)制裝配率為50.2%。本項目采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，兩梯設(shè)計，一梯四戶，每層8戶，對稱結(jié)構(gòu)，大戶型4 戶，小戶型4 戶（見圖1）。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

1.2 本工程采用的規(guī)范及圖集

《裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》DB11/1003-2013、《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 1-2014、《桁架鋼筋混凝土疊合板》15G366-1、《預(yù)制鋼筋混凝土板式樓梯》15G367-1、預(yù)制鋼筋混凝土陽臺板、空調(diào)板及女兒墻15G368-1、《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點構(gòu)造》G310-1～2(2015 年合訂本)。

1.3 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)PC 構(gòu)件

本項目預(yù)制剪力墻外墻板采用夾芯保溫復(fù)合墻板（YWQ）、預(yù)制外墻模板（PCF）；內(nèi)墻采用普通預(yù)制裝配式普通墻板。上下層墻板的豎向鋼筋采用套筒灌漿連接；相鄰墻板之間的水平鋼筋采用整體式接縫連接。

疊合樓板采用60mm 厚桁架鋼筋混凝土疊合板底板，按雙向板底板設(shè)計，采用整體式接縫。

2 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件深化設(shè)計分析

2.1 裝配式剪力墻構(gòu)件平面拆分

A 單元（對稱）裝配式剪力墻構(gòu)件夾芯保溫復(fù)合墻板、普通內(nèi)墻板、墻節(jié)點連接處預(yù)制外墻模板（PCF）3 大類。預(yù)制墻平面布置圖（拆分圖）提供預(yù)制墻構(gòu)件的平面位置、標(biāo)識、重量等信息，為后面深化設(shè)計提供依據(jù)。

A 單元（對稱）標(biāo)準(zhǔn)層夾芯保溫復(fù)合墻板（圖2）平面拆分YWQ-1228、YWQ-2128～YWQ-4613 共計36 件（18 種），4-21 層為夾芯保溫復(fù)合墻板標(biāo)準(zhǔn)層共計648 件，夾芯保溫復(fù)合墻板深化設(shè)計施工種類多，安裝難度大，工作量大，建筑施工成本高。

圖2 預(yù)制夾心保溫墻

A 單元（對稱）標(biāo)準(zhǔn)層普通內(nèi)墻板平面拆分YNQ-2228、YNQ-2928～YWQ-3828共計30件(4種），4-21層為夾芯保溫復(fù)合墻板標(biāo)準(zhǔn)層共計540 件，裝配式預(yù)制普通內(nèi)墻相對夾芯保溫復(fù)合墻板種類不多，利于裝配式深化設(shè)計施工。

A 單元（對稱）標(biāo)準(zhǔn)層預(yù)制外墻模板（PCF）需要根據(jù)現(xiàn)場現(xiàn)澆豎向剪力墻尺寸進(jìn)行尺寸設(shè)計和加工。

實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵點則體現(xiàn)在對預(yù)制構(gòu)件的科學(xué)拆分上，預(yù)制構(gòu)件的科學(xué)拆分是裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心工作。預(yù)制構(gòu)件科學(xué)拆分對建筑功能、建筑平立面、結(jié)構(gòu)受力狀況、預(yù)制構(gòu)件承載能力、工程造價等都會產(chǎn)生影響[3]。

2.2 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件深化設(shè)計

以A 單元（對稱）標(biāo)準(zhǔn)層夾芯保溫復(fù)合墻板YWQ-1928 為例，裝配式剪力墻構(gòu)件深化設(shè)計內(nèi)容--需要提供預(yù)制墻構(gòu)件的截面形狀、尺寸、預(yù)制高度、預(yù)埋件、預(yù)留洞、灌漿套筒等信息。

標(biāo)準(zhǔn)層夾芯保溫復(fù)合墻板YWQ-1928由60mm預(yù)制外葉墻板+90mm 預(yù)制保溫墻板+200mm 預(yù)制內(nèi)墻板三部分組合而成（圖3）。

圖3 預(yù)制夾心保溫墻YWQ-1928 頂部尺寸設(shè)計

200mm 預(yù)制內(nèi)墻板深化設(shè)計內(nèi)容包括內(nèi)葉板尺寸1900*2640mm，12 根C16 墻身豎向連接鋼筋，10根C6 墻身豎向非連接鋼筋，26 根C8 墻身外伸水平鋼筋,4 根C8 墻身不外伸水平鋼筋,2 根C8 墻身套筒區(qū)水平鋼筋。底部采用全灌漿套筒連接下層夾芯保溫復(fù)合墻板，選用GTQ4Z-16 套筒。200mm 預(yù)制內(nèi)墻板深化設(shè)計見下圖4。

圖4 預(yù)制夾心保溫墻YWQ-1928 內(nèi)葉板配筋圖

3 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件深化設(shè)計施工難點

3.1 豎向構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

建筑產(chǎn)業(yè)化的核心是生產(chǎn)工業(yè)化，生產(chǎn)工業(yè)化的關(guān)鍵是設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計應(yīng)考慮工程實際加工制作、吊裝、運(yùn)輸、堆放等情況。設(shè)計人員進(jìn)行平面設(shè)計和構(gòu)件拆分設(shè)計時受傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)影響，體型和平面設(shè)計基本還是參考現(xiàn)澆框架剪力墻住宅設(shè)計思路，造型復(fù)雜，導(dǎo)致預(yù)制裝配式豎向構(gòu)件種類多，深化設(shè)計難度大。以本項目為例，標(biāo)準(zhǔn)層保溫夾芯板外墻有36 件（18 種），普通裝配式剪力墻30 件(4 種），連接豎向預(yù)應(yīng)力構(gòu)件構(gòu)造邊緣構(gòu)件后澆段GHJ 外側(cè)PCF 板有24 種，一個標(biāo)準(zhǔn)層豎向構(gòu)件種類達(dá)到46 種，種類過多不利于批量生產(chǎn)和降低成本。

解決措施：從政策源頭解決設(shè)計問題，提供全國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)圖集，標(biāo)準(zhǔn)化戶型，戶型組合，減少造型復(fù)雜建筑，做到豎向構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度高，數(shù)量少，構(gòu)件數(shù)量大，利于工業(yè)化生產(chǎn)。

3.2 專業(yè)協(xié)同

深化設(shè)計內(nèi)容包括建筑和機(jī)電專業(yè)所需的預(yù)留孔和預(yù)埋管線、埋件等，發(fā)生碰撞的預(yù)留預(yù)埋應(yīng)協(xié)同各專業(yè)進(jìn)行設(shè)計調(diào)整。碰撞類型有2 種，一種是單專業(yè)設(shè)計深度不夠，單專業(yè)發(fā)生碰撞；另外一種是多專業(yè)碰撞，多專業(yè)協(xié)同工作情況[4]。

解決措施：運(yùn)用信息化設(shè)計（BIM）技術(shù)提升設(shè)計精度，解決專業(yè)協(xié)同工作問題。通過模型的建立實現(xiàn)構(gòu)件數(shù)字化、信息化、施工模擬化，實現(xiàn)構(gòu)件加工精準(zhǔn)。裝配式建筑全產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用BIM，既能提升項目的精細(xì)化管理和集約化經(jīng)營，又能提高資源使用效率、降低成本、提升工程設(shè)計與施工質(zhì)量水平。下圖為本項目預(yù)制夾心保溫墻YWQ-2128ABIM 模型以及與構(gòu)造邊緣構(gòu)件后澆段GHJ10 連接情況，做到可視化、數(shù)字化，為后面工業(yè)化生產(chǎn)和施工安裝提供數(shù)據(jù)服務(wù)，應(yīng)用BIM 模擬構(gòu)件加工制作過程，降低返工可能（圖5）。

圖5 預(yù)制夾心保溫墻YWQ-2128ABIM 模型

3.3 豎向構(gòu)件PC 構(gòu)件成品運(yùn)輸和保護(hù)

豎向構(gòu)件PC 構(gòu)件成品保護(hù)是裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)施工中關(guān)鍵一環(huán)，原因在于施工場地狹窄，PC 構(gòu)件種類多,構(gòu)件現(xiàn)場堆放場地、堆放方式、成品保護(hù)等要求高。

解決措施：利用BIM 技術(shù)進(jìn)行三維場地模擬，將場地布置圖進(jìn)行三維模擬，將很好的提供給相關(guān)人員平面與空間上的參考依據(jù)。再結(jié)合實際施工情況對場地進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)場地布置圖、場地布置模型與項目的實際進(jìn)度所產(chǎn)生的需求，能夠直觀的、科學(xué)的、合理的對場地布置提出優(yōu)化建議和場地布置優(yōu)化調(diào)整。預(yù)制構(gòu)件運(yùn)至現(xiàn)場后，根據(jù)總平面布置進(jìn)行構(gòu)件存放，構(gòu)件存放應(yīng)按照吊裝順序及流水段配套堆放，按照《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ1-2014）進(jìn)行成品保護(hù)[5]。

豎向構(gòu)件PC 構(gòu)件體型大、種類多、數(shù)量大，對運(yùn)輸能力要求比較高，特別是內(nèi)外交通組織要求高。

解決措施：根據(jù)施工現(xiàn)場的吊裝計劃，提前一層將所需型號和規(guī)格的外墻板運(yùn)至施工現(xiàn)場。在運(yùn)輸前應(yīng)按清單仔細(xì)核對墻板的型號、規(guī)格、數(shù)量及是否配套；提前制定構(gòu)件運(yùn)輸方案，盡量避開市內(nèi)擁擠路段和高峰時段。并設(shè)置多條運(yùn)輸方案，同時深入了解運(yùn)輸車輛將要經(jīng)過的主要橋梁、隧道等，看是否能滿足車輛通行。

3.4 預(yù)制夾心保溫墻與構(gòu)造邊緣構(gòu)件后澆段連接

預(yù)制夾心保溫墻與構(gòu)造邊緣構(gòu)件后澆段連接（圖6）也是質(zhì)量控制中的關(guān)鍵，取決于預(yù)制夾心保溫墻連接筋的定位及校正技術(shù)，豎向構(gòu)件底部與樓面保持20mm 間隙控制難度大，20mm 坐漿質(zhì)量控制也是施工難點，豎向構(gòu)件連接拼縫處理直接影響外墻防水質(zhì)量。

解決措施：采用20mm 的墊片，并采用測量儀器,確保豎向構(gòu)件安裝就位后符合設(shè)計標(biāo)高；灌漿料的拌合和使用嚴(yán)格按照技術(shù)要求執(zhí)行，灌漿施工前，采用座漿料對該接縫進(jìn)行分倉，形成灌漿空腔，封堵嚴(yán)密,避免漏漿導(dǎo)致灌漿不密實；預(yù)制夾心保溫墻在深化設(shè)計時采取增設(shè)斜坡、橫縫處做企口等措施，外裝飾面之間的縫隙外側(cè)采用聚氨乙烯棒填塞,填塞完畢后從內(nèi)側(cè)打發(fā)泡膠后用壁紙刀修平。

3.5 預(yù)制夾心保溫墻套筒灌漿施工及保護(hù)

預(yù)制夾心保溫墻套筒灌漿施工是裝配式建筑施工中的最難解決的問題。其主要原因是因為工廠預(yù)制中對外漏鋼筋的誤差引起的。另外在運(yùn)輸與安裝過程中發(fā)生變形，沒有及時校正導(dǎo)致偏位。在安裝過程中反復(fù)校正導(dǎo)致鋼筋失效，從而影響連接質(zhì)量。

解決措施：深化設(shè)計需要仔細(xì)核對，避免偏差，預(yù)制夾心保溫墻嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，保證外漏鋼筋不產(chǎn)生誤差；運(yùn)輸和安裝過程對外漏鋼筋進(jìn)行保護(hù)，發(fā)生變形需要及時校正[6]。在外墻板、內(nèi)墻板吊裝前，應(yīng)測量檢驗外露鋼筋長度，確保灌漿部位外露鋼筋長度符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，現(xiàn)場無割筋情況。

4 結(jié)語

目前建筑行業(yè)在轉(zhuǎn)型升級階段，裝配式建筑發(fā)展迅速，百花齊放。裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件是所有預(yù)制構(gòu)件里面最復(fù)雜的部分，也是出現(xiàn)問題較多的構(gòu)件。從豎向構(gòu)件拆分、深化設(shè)計及施工出現(xiàn)的重難點控制及解決措施進(jìn)行分析和研究，解決了一些急需解決的問題。

裝配式建筑是我國未來建筑業(yè)的發(fā)展趨勢和方向，是構(gòu)建綠色環(huán)保型社會的重要內(nèi)容，在縮短建造施工期限、降低材料消耗、實現(xiàn)綠色環(huán)保目標(biāo)、形成流水線工業(yè)化等方面具有巨大優(yōu)勢。未來，裝配式建筑產(chǎn)業(yè)在規(guī)模、政策、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)、管理和產(chǎn)業(yè)鏈將更加完善，產(chǎn)品質(zhì)量會提升，相應(yīng)的工程造價也會隨之下降，市場競爭力的提升，朝著高端化、智能化、綠色化方向發(fā)展。