預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路的研究與分析

李炎錫 盧文楓 劉云 朱海峰

摘 要：剪力墻結(jié)構(gòu)屬于建筑承重結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不僅能夠?qū)ㄖ锼阶饔眠M(jìn)行抵抗，同時還能完成對空間的分割，使整體建筑布局更加清晰，在高層建筑中最為常用。也正是因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)在建筑物中的重要作用，業(yè)內(nèi)人士都加大了對該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究力度，本文也將從設(shè)計(jì)原則分析入手，對于預(yù)制裝配式剪力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展開深度探究，期望能夠?qū)υ摻Y(jié)構(gòu)施工提供一定助益。

關(guān)鍵詞：節(jié)點(diǎn)連接；剪力墻結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)原則；預(yù)制構(gòu)件

運(yùn)用預(yù)制裝配方式所制成的剪力墻結(jié)構(gòu)，具有施工便捷、高效以及安全等方面的優(yōu)勢，在現(xiàn)代建筑行業(yè)中應(yīng)用極為廣泛。因?yàn)楝F(xiàn)代規(guī)模都相對較大，且構(gòu)建種類相對較少，所以該種剪力墻結(jié)構(gòu)能夠高效率完成施工，且施工成本以及施工用料也能控制在合理范圍內(nèi)，優(yōu)勢極多。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為結(jié)構(gòu)施工的依據(jù)與基礎(chǔ)，想要確保預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)能夠與建筑工程施工要求相符合，就需要制定出高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

1.1 總體設(shè)計(jì)原則

在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，需要按照建筑物設(shè)計(jì)方案以及用戶需求等因素，重點(diǎn)對預(yù)制構(gòu)件連接以及總體施工概念進(jìn)行設(shè)計(jì)，并要結(jié)合施工實(shí)況，對超靜定結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)使用，并要對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案落實(shí)可行性進(jìn)行分析，以便及時對其進(jìn)行調(diào)整。同時要按照實(shí)況對連接構(gòu)造施工方案進(jìn)行確定，并要對受力鋼筋連接接頭方式進(jìn)行科學(xué)選擇，以保證剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度。此外還應(yīng)對重要傳力部位以及構(gòu)建進(jìn)行冗余約束，如果有必要，則需要增加傳力途徑與防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)，并要在進(jìn)行連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)過程中，對節(jié)點(diǎn)構(gòu)造連接方式進(jìn)行科學(xué)安排，保證結(jié)構(gòu)受力與傳力的合理性，確保其承載能力能夠達(dá)到一定水平，且耐久性以及結(jié)構(gòu)延性都能達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)[1]。

1.2 構(gòu)件拆分設(shè)計(jì)原則

在進(jìn)行構(gòu)件拆設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)人員需要遵守的原則主要體現(xiàn)在4個方面：第一，模數(shù)應(yīng)保持協(xié)調(diào)，應(yīng)按照施工要求對預(yù)制構(gòu)件用料以及尺寸大小進(jìn)行確定，要在保證拆分構(gòu)件模數(shù)協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，對構(gòu)件使用種類進(jìn)行限制；第二，要對構(gòu)件拼接部分承受能力進(jìn)行控制，保證該部分受力不會超過相應(yīng)數(shù)值；第三，應(yīng)保證構(gòu)件連接接縫的便捷性，并要對構(gòu)件傳力路徑進(jìn)行確定，要確保整體結(jié)構(gòu)的承載能力水平，保證建筑物使用安全程度；第四，在對拆分預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)將構(gòu)件吊裝施工情況考慮到其中，應(yīng)在安全施工的前提下，對吊裝施工進(jìn)行保障，并要在具體施工之前對施工方進(jìn)行技術(shù)交底，要對預(yù)制構(gòu)件施工方式以及質(zhì)量驗(yàn)收方式進(jìn)行重點(diǎn)講解[2]。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程

首先，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)人員需要對甲方具體施工需要進(jìn)行確定，并要對實(shí)際施工環(huán)境進(jìn)行考量；其次，要對各環(huán)節(jié)施工技術(shù)做好規(guī)劃，并要將項(xiàng)目技術(shù)特點(diǎn)考慮到其中，保證構(gòu)件能夠更加模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化，從而達(dá)到降低模板使用數(shù)量，強(qiáng)化預(yù)制、安裝效率的目的；最后，要按照人體工程學(xué)原理，按照用戶實(shí)際使用需求對房間面積進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保用戶使用舒適程度，并要按照模數(shù)協(xié)調(diào)西原則對開間與進(jìn)深尺寸進(jìn)行科學(xué)設(shè)置。

在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要對裝配率以及預(yù)制率進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，要按照項(xiàng)目特點(diǎn)，對使用構(gòu)件進(jìn)行科學(xué)選擇，如果構(gòu)件太異形或種類單一，則不應(yīng)運(yùn)用預(yù)制方式而應(yīng)直接進(jìn)行澆筑，以免影響構(gòu)件制作效率。

3 預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì)方案

3.1 連接設(shè)計(jì)

如果處于同一樓層，則預(yù)制墻板通常會以水平以及豎向圈梁或現(xiàn)澆帶為主，可以達(dá)到可想的墻體以及樓蓋連接效果。在進(jìn)行連接設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要按照構(gòu)件連接性能，對連接技術(shù)以及連接模式進(jìn)行選擇，要保證連接構(gòu)造能夠與結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)模型相一致，以便預(yù)制墻實(shí)際施工便利性[3]。同時在進(jìn)行預(yù)制墻連接現(xiàn)澆過程中，應(yīng)對縱橫墻相交位置進(jìn)行明確，且要保證剪力墻邊緣構(gòu)件能夠集中在陰影區(qū)域之中。

在進(jìn)行現(xiàn)澆設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)人員一方面要保證L型與T型墻的水平長度應(yīng)控制在300mm以內(nèi)；一方面在進(jìn)行預(yù)制墻側(cè)邊抗裂連接設(shè)計(jì)時，要保證現(xiàn)澆段寬度保持在200mm以上，且其數(shù)值應(yīng)高于墻體厚度最大數(shù)值，以確保了連接縫的抗裂參數(shù)能夠達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)；另一方面設(shè)計(jì)人員應(yīng)對樓板安裝縫以及預(yù)制墻底部施工用料進(jìn)行合理選擇，同時安裝縫應(yīng)運(yùn)用灌漿技術(shù)對其進(jìn)行填實(shí)處理[4]。

3.2 預(yù)制墻體設(shè)計(jì)

在進(jìn)行預(yù)制墻體設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)對平面進(jìn)行科學(xué)劃分，應(yīng)將現(xiàn)澆部分與構(gòu)件部分組合形成長肢剪力墻。設(shè)計(jì)人員只需按照建筑受力特征，在外墻T形受力處以及端部放置連接部分，且不用對中間進(jìn)行連接，以降低豎連接中的鋼筋使用數(shù)量。

在進(jìn)行墻體豎向節(jié)點(diǎn)連接過程中，應(yīng)運(yùn)用半灌漿套筒將豎向鋼筋連接在一起，并將其預(yù)埋在墻體其中，使其能夠和縱筋以螺紋連接的方式組合起來，且要在現(xiàn)場進(jìn)行灌漿連接，以完成節(jié)點(diǎn)連接工作。但因?yàn)樘淄驳闹睆揭h(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼筋直徑，所以除必要的保護(hù)層厚度之外，整體預(yù)制墻應(yīng)保持一定的厚度[5]。同時為減少不必要的現(xiàn)場作業(yè)以及灌漿套筒工作任務(wù)，保證構(gòu)件工廠化模式的順利實(shí)施，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時，應(yīng)運(yùn)用鋼筋等面代換方式，運(yùn)用大直徑鋼筋與套筒連接在一起。此外還應(yīng)按照鋼筋預(yù)留距離，對灌漿以及套筒預(yù)埋位置以及灌漿口與出漿口位置進(jìn)行確定，要將灌漿套筒放置在上層墻體之中，并要將出漿口以及灌漿口放置在外墻側(cè)面，以便后期操作的便利性。

3.3 抗震設(shè)計(jì)

自然災(zāi)害具有較強(qiáng)的破壞性，因此現(xiàn)代社會對于建筑物抗震性能的要求極高，所以在進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員還需對結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，要對建筑物整體抗震設(shè)防烈度以及抗震設(shè)防類別等數(shù)據(jù)數(shù)值進(jìn)行明確，同時要對信息技術(shù)軟件進(jìn)行使用，要對雙向地震扭轉(zhuǎn)以及單向地震偶然偏心情況進(jìn)行著重考慮，要按照國家規(guī)定的建筑物抗震設(shè)計(jì)相應(yīng)規(guī)定，對地震計(jì)算進(jìn)行合理分析[6]。此外在進(jìn)行建筑物彈性時程分析時，要以單條時程曲線作為計(jì)算基準(zhǔn)，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)底部剪力數(shù)值能夠振型分解數(shù)值65%以上。

3.4 預(yù)制墻與現(xiàn)澆梁連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

如圖1所示，在進(jìn)行預(yù)制墻體與現(xiàn)澆梁節(jié)點(diǎn)連接過程中，應(yīng)選擇運(yùn)用剪力墻設(shè)置梁槽與預(yù)留梁支座，并進(jìn)行現(xiàn)場澆筑完成節(jié)點(diǎn)連接。其中梁槽的高度應(yīng)設(shè)置在460毫米左右，而寬度則應(yīng)與現(xiàn)澆梁寬度保持一致，且剪力墻支承長度應(yīng)于墻體厚度相同[7]。按照設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)人員需要對剪力墻以及其平面交叉樓面梁相連情況考慮到計(jì)算之中。同時要將現(xiàn)澆梁中的縱向鋼筋鑲嵌到現(xiàn)澆梁與剪力墻頂部暗梁，并要參考鋼筋伸長度對配筋方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)保證該項(xiàng)工作能夠與錨固長度相符合。

3.5 疊合樓板設(shè)計(jì)

在進(jìn)行疊合樓板設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員可以按照預(yù)制板接縫長度以及構(gòu)造，進(jìn)行雙向板以及單向板設(shè)計(jì)規(guī)劃。而與之疊合板的接縫節(jié)點(diǎn)主要分為非貫通式以及貫通式兩種：非貫通式節(jié)點(diǎn)通常會采用預(yù)制板直接連接的方式，并不會直接使用鋼筋，且會運(yùn)用單向板模式進(jìn)行設(shè)計(jì)；而貫通式節(jié)點(diǎn)會運(yùn)用后澆混凝土將預(yù)制板連接起來，在預(yù)制板四周會預(yù)留受力筋并連續(xù)對板進(jìn)行作用，會運(yùn)用雙向板模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)保證預(yù)制底板的模數(shù)化以及標(biāo)準(zhǔn)化能夠與經(jīng)濟(jì)性要求相符合，應(yīng)盡量運(yùn)用整間中大型板，從而對預(yù)制構(gòu)件數(shù)量進(jìn)行科學(xué)控制，達(dá)到提高施工效率與質(zhì)量的目標(biāo)。同時需要注意的是，雙向板在進(jìn)行配筋計(jì)算過程中，應(yīng)始終低于單向板，且在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員可以通過對按繞度控制的方式，對板厚數(shù)值進(jìn)行確定，通常按照雙向板模式對疊合板設(shè)計(jì)比較合理，最終計(jì)算結(jié)果也較為理想[8]。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思考

隨著經(jīng)濟(jì)新常態(tài)的推廣，我國建筑也開始向現(xiàn)代化、綠色化以及高效化方向進(jìn)行了發(fā)展，而預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)與現(xiàn)代建筑施工趨勢極為符合，具有較為明顯的節(jié)時以及節(jié)材優(yōu)勢，可以達(dá)到理想的經(jīng)濟(jì)效益水平，因此其勢必會成為今后剪力墻結(jié)構(gòu)建設(shè)的主流。但由于多方面原因，該結(jié)構(gòu)目前仍存在著有待提高之處，主要體現(xiàn)在兩方面：第一，豎向預(yù)制構(gòu)件連接。因?yàn)槲覈ㄖ袠I(yè)工人體系并沒有達(dá)到一定水平，基礎(chǔ)建筑工人多以進(jìn)城務(wù)工人員為主，導(dǎo)致個體綜合素質(zhì)差異相對較大，這就會對豎向構(gòu)件連接質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，即便設(shè)計(jì)方案質(zhì)量較高，最終施工效果也可能達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)對構(gòu)件水平受力構(gòu)件實(shí)施最大化預(yù)制，并要運(yùn)用預(yù)制輕質(zhì)隔板進(jìn)行豎向非承重構(gòu)件設(shè)計(jì)，最大限度對最終施工質(zhì)量進(jìn)行保證；第二，對于構(gòu)件抗震性以及節(jié)點(diǎn)接連研究有待提高，這樣的現(xiàn)狀會直接造成節(jié)點(diǎn)連接手段較為單一，成體系以及實(shí)體實(shí)驗(yàn)也缺少相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)衡量指標(biāo)，這也是相關(guān)人員需要注意的內(nèi)容。國內(nèi)相關(guān)部門應(yīng)加大對結(jié)構(gòu)以及相關(guān)內(nèi)容的研究力度，不斷對節(jié)點(diǎn)連接形式進(jìn)行豐富，確保預(yù)制裝配式墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠更加科學(xué)、高質(zhì)。

5 結(jié)束語

設(shè)計(jì)人員在對預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)過時，不僅要對設(shè)計(jì)原則以及設(shè)計(jì)流程進(jìn)行明確，同時還應(yīng)對節(jié)點(diǎn)連接、疊合樓板以及抗震等環(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，要將現(xiàn)場實(shí)際施工情況以及剪力墻設(shè)計(jì)規(guī)范等影響因素考慮到其中，科學(xué)對每一項(xiàng)工序進(jìn)行設(shè)計(jì)，要從細(xì)節(jié)入手對結(jié)構(gòu)的每項(xiàng)設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)化，從而制定出高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，為剪力墻結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量提供保障，確保其可靠性以及安全性能夠達(dá)到一定水平。

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（作者單位：1.華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院；2.華北理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院）