裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)

楊喜梅（上海寶冶集團(tuán)有限公司建筑設(shè)計(jì)研究院，上海 200941)

1 項(xiàng)目概況

建設(shè)地點(diǎn)：11011 街道 0006 街坊 P 1 宗地，南鄰錦秋路，東臨瑞豐路，北側(cè)為社區(qū)服務(wù)中心，西側(cè)為經(jīng)濟(jì)適用房小區(qū)。

工程名稱：寶山區(qū)大場(chǎng)鎮(zhèn)祁連社區(qū) W 121601 單元 A 03-04 地塊動(dòng)遷安置房項(xiàng)目。

本工程由 3 棟 18 層高層住宅、1 棟 11 層住宅、1 棟 4層共建配套、地下車庫(kù)、PT/PK 型站及門(mén)衛(wèi)等組成；用地性質(zhì)為居住用地?？偨ㄖ娣e：43 548.55 m2，其中地上建筑面積 36 681.0 m2，地下建筑面積 6 867.55 m2，地下車庫(kù)面積為 5 202.37m2。除地下車庫(kù)、PT/PK 型站及門(mén)衛(wèi)之外的單體均采用 PC（precast concrete）結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)構(gòu)概況

本工程建筑設(shè)計(jì)耐久年限 50年；18 層住宅為一類高層，11 層住宅為二類高層，建筑抗震設(shè)防烈度為 7 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為 0.1 g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為 Ⅳ 類。3 棟 18 層住宅和 1 棟 11 層住宅采用裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)，1 棟配套共建采用裝配整體式框架結(jié)構(gòu)。本工程預(yù)制構(gòu)件范圍包括所有墻體（標(biāo)高范圍 5.730～52.130 m）、外梁（標(biāo)高范圍 8.630～52.130 m）、部分樓板、陽(yáng)臺(tái)、空調(diào)板、飄窗。預(yù)制率預(yù)計(jì)控制在40% 以上。住宅基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)（PHC 管樁）；配套共建因鄰近地鐵，基礎(chǔ)采用灌注樁。

3 本工程 1 號(hào)樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)體系選擇

結(jié)構(gòu)體系的選擇是實(shí)現(xiàn) PC 結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。目前 PC 住宅常用的結(jié)構(gòu)體系有：預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)、疊合剪力墻結(jié)構(gòu)、異形柱結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)（框架剪力墻結(jié)構(gòu)）4 種結(jié)構(gòu)型式。通過(guò)綜合比較，本工程采用預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)是室內(nèi)規(guī)整，無(wú)外露的梁柱，比較能適應(yīng)目前內(nèi)地的住房消費(fèi)習(xí)慣。缺點(diǎn)是：連接比較復(fù)雜；外墻為受力結(jié)構(gòu)，與保溫材料一起預(yù)制難度大。

3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)選擇

結(jié)構(gòu)計(jì)算采用建研院的設(shè)計(jì)軟件 PKPMV 3.1.4，此版本軟件具有裝配式結(jié)構(gòu)的計(jì)算功能。結(jié)構(gòu)體系選項(xiàng)可以選擇裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)，勾選此項(xiàng)就可以滿足 JGJ 1— 2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的 8.1.1 要求。即：抗震設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)同一層內(nèi)既有現(xiàn)澆墻肢也有預(yù)制墻肢的裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)澆墻肢水平地震作用彎矩、剪力宜乘以≥1.1 的增大系數(shù)。否則在調(diào)整信息 2 中的全樓地震作用放大系數(shù)中放大各層地震效應(yīng)系數(shù)。

混凝土自重問(wèn)題：GB 50009 — 2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中混凝土自重為 24～25 kN/m3，無(wú)機(jī)保溫砂漿雙面抹灰 20 mm 厚(0.040×17/0.2=3.4 kN/m3)。這樣墻自重取24+3.4 = 27.4 kN/m3。

周期折減系數(shù)：JGJ 3 — 2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中 4.3.17 規(guī)定剪力墻結(jié)構(gòu)可取 0.8～1.0。本工程根據(jù)預(yù)制外墻和主體結(jié)構(gòu)的連接形式，確定周期折減系數(shù)為0.9。

連梁剛度折減系數(shù)：JGJ 3 — 2010 中 5.2.1 規(guī)定，高層結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)計(jì)算時(shí)，可對(duì)剪力墻連梁剛度予以折減，折減系數(shù)≥ 0.5。本工程折減系數(shù)采用 0.6。

3.3 針對(duì)本工程的計(jì)算考慮

為了剪力墻軸壓比控制在 0.3 以內(nèi)，減少剪力墻約束邊緣構(gòu)件，從而降低造價(jià)，故一、二層剪力墻采用 C 45 混凝土等級(jí)。

部分大空間樓板采用 130 mm 厚疊合板；電梯洞口周邊現(xiàn)澆板加強(qiáng)采用 130 mm；其余現(xiàn)澆板采用 100 mm 或 110 mm。本工程采用 70 mm 預(yù)制 +60 mm 現(xiàn)澆，預(yù)制樓板通過(guò)粗糙面及桁架鋼筋與現(xiàn)澆部分連為整體共同受力。梁剛度按 T 型截面設(shè)計(jì)，板厚計(jì)算時(shí)取疊合板總厚度，梁端負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù)取 0.85，對(duì)梁配筋按計(jì)算面積并滿足 PC 預(yù)制構(gòu)件的要求：每層配 2 根鋼筋，可采用 2/2 的方式，同一構(gòu)件鋼筋數(shù)量固定，可調(diào)整鋼筋直徑；本工程梁的配筋基本能滿足PC 預(yù)制的要求，一般現(xiàn)澆的情況下配 2 根或 3 根鋼筋。為滿足 PC 預(yù)制，3 根的調(diào)整成 4 根，比如 3 根 16 mm（面積603 mm2）可以修改為 4 根 14 mm（面積 616 mm2），面積增加不多。

圖1 是 1 號(hào)樓為標(biāo)準(zhǔn)層的左側(cè)平面圖（右側(cè)與左側(cè)同），因?yàn)轱h窗和空調(diào)板的布置不居中，致使結(jié)構(gòu)計(jì)算南面房間角部的墻體配筋面積偏大。如果窗戶居中，對(duì)結(jié)構(gòu)方案合理，受力均勻；窗戶居中和不居中 2 層墻配筋面積見(jiàn)圖2和圖3。

圖1 左側(cè)標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

圖2 局部墻配筋平面圖（窗戶居中）

圖3 局部墻配筋平面圖（窗戶不居中）

圖2 是窗戶居中的墻配筋面積，最大面積 18 cm2，墻長(zhǎng)度為 1 100 mm，可以在 200 mm×1 100 mm 面積內(nèi)配 18 cm2的鋼筋，圖3 是窗戶不居中，長(zhǎng)肢端配筋沒(méi)有問(wèn)題，短肢端長(zhǎng)度＜800 mm，要按柱配筋，采用并筋的形式才能滿足受力要求。

因?yàn)槭茄b配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)，所以墻的配筋也要滿足預(yù)制構(gòu)件的要求。詳圖深化設(shè)計(jì)單位對(duì)墻配筋的要求是：①預(yù)制約束（構(gòu)造）邊緣構(gòu)件不應(yīng)采用并筋形式；②200 mm厚墻體布置 2 排鋼筋；③同一墻段豎向鋼筋僅變直徑，鋼筋根數(shù)和間距不變，且變更直徑是相鄰一層遞增或遞減，以減小套筒成本。為滿足甲方對(duì)飄窗和空調(diào)板的要求，現(xiàn)結(jié)構(gòu)方案按窗戶不居中布置，按目前的計(jì)算結(jié)果，鋼筋如何配筋能滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，又能滿足 PC 預(yù)制剪力墻的要求，是一個(gè)難題。單從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念出發(fā)，采取窗戶居中的設(shè)計(jì)方案合理些。

圖4 帶洞口墻體實(shí)體圖

剪力墻（套筒在上，插筋在下，見(jiàn)圖4），因?yàn)殇摻钜宓教淄怖锩?，套筒和套筒之間要有一定靜距要求，而 200 mm 的墻體只能放 2 根鋼筋，所以以上采用并筋形式不能滿足 PC 預(yù)制剪力墻的要求。由此可見(jiàn)，裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合的設(shè)計(jì)過(guò)程，需要甲方、設(shè)計(jì)、施工、詳圖深化、構(gòu)件廠等幾方共同配合，才能做到既能滿足功能要求，也能結(jié)構(gòu)合理，配筋適當(dāng)，盡量不出現(xiàn)短肢墻，才能滿足 PC 預(yù)制等各方要求。

根據(jù) JGJ 1 — 2014 中 8.3.1.1 條，當(dāng)接縫位于縱橫墻交界處的約束邊緣構(gòu)件區(qū)域時(shí)，約束邊緣構(gòu)件的陰影區(qū)域宜全部采用后澆混凝土，并應(yīng)在后澆段內(nèi)設(shè)置封閉箍筋。

對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)，PC 詳圖設(shè)計(jì)同樣須滿足規(guī)范要求。對(duì)構(gòu)件深化圖的審核，原則上需要設(shè)計(jì)單位、施工單位、加工單位三方面審核。設(shè)計(jì)單位主要審核內(nèi)容為構(gòu)件的截面、配筋及節(jié)點(diǎn)做法是否滿足設(shè)計(jì)需要。構(gòu)件深化圖復(fù)雜之處是需要與施工、加工、部件采購(gòu)相聯(lián)系，需要互相配合提資互相審核。需要業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、加工廠 4 個(gè)方面單位配合，業(yè)主主要需要確定前期的建筑設(shè)計(jì)方案，材料采購(gòu)，主要是保溫材料、連接件等材料的采購(gòu)及選型。與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，增加了很多環(huán)節(jié)，增加了很多部分相互配合的地方。

地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，地下室頂板厚度取180 mm，雙層雙向配筋，同時(shí)滿足地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度大于結(jié)構(gòu)地上一層的樓層側(cè)向剛度的 1.5 倍。

3.4 工程節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

本工程樓梯三層以上全部采用預(yù)制，預(yù)制節(jié)點(diǎn)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集 15 G 367—1《預(yù)制鋼筋混凝土板式樓梯》標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)做法。實(shí)際施工時(shí)可以根據(jù)圖紙選用改圖集，且根據(jù)圖集要求，在預(yù)制樓梯板施工前，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和施工方案進(jìn)行必要是施工驗(yàn)算。

本工程所有陽(yáng)臺(tái)全部采用預(yù)制陽(yáng)臺(tái)，預(yù)制陽(yáng)臺(tái)負(fù)筋延伸至樓板內(nèi)至少 (40～50)×d(直徑)，陽(yáng)臺(tái)底板鋼筋延伸至樓板內(nèi)至少 38×d(直徑) 以上，與板通長(zhǎng)鋼筋焊接，整體澆筑。對(duì)懸挑構(gòu)件，嚴(yán)格控制裂縫和撓度，適當(dāng)加大配筋。施工時(shí)陽(yáng)臺(tái)板下設(shè)置支撐。

本工程所有空調(diào)板均采用預(yù)制，連接節(jié)點(diǎn)見(jiàn)圖5。

預(yù)制鋼筋混凝土空調(diào)板示意圖

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）建筑設(shè)計(jì)應(yīng)重視平面、立面和豎向剖面的規(guī)則性對(duì)抗震性能及經(jīng)濟(jì)合理性的影響，宜擇優(yōu)選用規(guī)則的形體，其抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置宜規(guī)則對(duì)稱，側(cè)向剛度沿豎向宜均勻變化、豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，避免側(cè)向剛度和承載力突變。

（2）整體計(jì)算采用和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相同的方法，另外考慮到裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，須滿足現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的規(guī)范以外，尚應(yīng)滿足JGJ1—2014的相關(guān)規(guī)定。設(shè)計(jì)中力求設(shè)計(jì)模型符合實(shí)際結(jié)構(gòu)的受力情況。

（3）裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，所有墻體、梁、樓板、樓梯、陽(yáng)臺(tái)、空調(diào)板、飄窗、女兒墻等構(gòu)件均可采用工廠化加工的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件，根據(jù)預(yù)制裝配式住宅的生產(chǎn)和加工條件，采用部分預(yù)制、部分現(xiàn)澆、節(jié)點(diǎn)現(xiàn)澆的建設(shè)方法。

（4）裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上盡量做到符合抗震概念設(shè)計(jì)，遵循：“強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)連接弱構(gòu)件，節(jié)點(diǎn)更強(qiáng)”的原則。重視連接和節(jié)點(diǎn)，保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

（5）從本次設(shè)計(jì)反映出的問(wèn)題上，今后更應(yīng)該加強(qiáng)甲方、設(shè)計(jì)、PC 深化、構(gòu)件廠、施工單位等各方的協(xié)調(diào)，從而使建筑方案能滿足使用功能、節(jié)能、保溫、規(guī)劃等要求外，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)方案更合理，保證 PC 預(yù)制構(gòu)件能夠順利實(shí)施，使 PC 構(gòu)件的規(guī)格盡量少，從而減少模板，降低造價(jià)，實(shí)現(xiàn) PC 工程的整體效益。