裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的建模與拆分

顧添威 徐嘯林 劉昕穎 戴 璐 莫小寧

(東南大學(xué)成賢學(xué)院，江蘇 南京 210088)

目前國內(nèi)大多數(shù)建筑仍然是采用現(xiàn)澆的方式施工，裝配式結(jié)構(gòu)運用的比較少。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)指在工廠里將結(jié)構(gòu)構(gòu)件生產(chǎn)出來，再運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場拼裝。拼裝時對施工人員的能力水平有一定的要求。在合理裝配的前提下，裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)有很好的抗震性能。此外，裝配式結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)相比有施工速度快，工期縮短，對環(huán)境污染小,節(jié)約勞動力等優(yōu)點。

1 基本概念

1.1 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)

“裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)”是“裝配式混凝土結(jié)構(gòu)”的一種類型，其定義主要是受力構(gòu)件剪力墻、梁、板部分或全部由預(yù)制混凝土構(gòu)件(預(yù)制墻板、疊合梁、疊合板)組成的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)。

預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)可以分為部分預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)和全預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)。部分預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)主要指內(nèi)墻現(xiàn)澆、外墻預(yù)制的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)目前已有工程示范運用。全預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)是指全部剪力墻采用預(yù)制構(gòu)件拼裝裝配。該結(jié)構(gòu)體系預(yù)制化率高，但拼縫的連接構(gòu)件比較復(fù)雜、施工難度較大，難以保證完全等同于現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)。

1.2 PKPM-BIM系統(tǒng)

PKPM BIM系統(tǒng)(簡稱PKPM-BIM)，以信息數(shù)據(jù)化、數(shù)據(jù)模型化、模型通用化的BIM理念，致力于BIM技術(shù)在項目全生命周期的綜合應(yīng)用，通過統(tǒng)一的三維數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)，建立建筑工程協(xié)同工作專業(yè)信息共享平臺(PKPM-BIM平臺)，集成多專業(yè)應(yīng)用軟件和管理系統(tǒng)，為建筑企業(yè)提供更符合中國建筑規(guī)范和工作流程的BIM整體解決方案。具有數(shù)據(jù)共享、協(xié)同工作、大容量、高性輕量化、可視化等特點。

2 裝配式剪力墻常規(guī)拆分方法

1)對于裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，L,T形等外部或內(nèi)部剪力墻墻身長度不小于1 000 mm時，墻身一般預(yù)制，但其邊緣構(gòu)件處現(xiàn)澆。外隔墻(帶梁)一般為預(yù)制。

2)邊緣構(gòu)件現(xiàn)澆，基于以下因素設(shè)計：a.受力的角度，邊緣構(gòu)件為重要受力部位應(yīng)該現(xiàn)澆；b.邊緣構(gòu)件兩端一般為梁的支座，梁鋼筋在此部位錨固，應(yīng)該做成現(xiàn)澆。

3)預(yù)制外墻比較短或全部都開窗或者門洞時，預(yù)制外墻可以與相鄰剪力墻的邊緣構(gòu)件(暗柱)一起預(yù)制，將現(xiàn)澆部分向內(nèi)移。

4)如果預(yù)制長度太短，在滿足起吊總重量的前提下，該范圍內(nèi)的剪力墻可以與邊緣構(gòu)件及外隔墻帶梁一起預(yù)制，減少裝配構(gòu)件的個數(shù)。

5)L，T形等形狀的外部或內(nèi)部剪力墻中暗柱長度范圍內(nèi)平面外沒有與之垂直相交的梁時，如果滿足起吊重量，暗柱與相鄰的外隔墻(帶梁)、墻身進行預(yù)制。

6)外隔墻或內(nèi)隔墻垂直方向一側(cè)有剪力墻與之垂直相交時，如果滿足起吊重量，可將隔墻連成一塊，方便吊裝與施工。

3 拆分方案研究與運用

1)利用PKPM-BIM平臺建立剪力墻模型，減少標準層的種類，以達到少規(guī)格，多組合的目的。

2)以標準層2為例，實施板，梁，墻的拆分，以及邊緣構(gòu)件和非邊緣構(gòu)件的生成。

3)所有構(gòu)件的尺寸均滿足模數(shù)要求。

4)拆分順序為先水平構(gòu)件，后豎向構(gòu)件。

3.1 疊合板

1)對擬拆分的板先指定預(yù)制屬性，原則為拆形狀規(guī)則的板；采用現(xiàn)澆的板有異形板，公共交通區(qū)域(后期會布有綜合電線管道)的板。

2)根據(jù)板區(qū)格長度比值來確定荷載傳力方向，拆成雙向板或者單向板。本例中采用雙向板。

3)考慮預(yù)制率的統(tǒng)計，將雙向板后澆帶寬度設(shè)在區(qū)間[200，300]范圍內(nèi)?？紤]跨中受力較大，將板拆成奇數(shù)塊板，避免后澆帶處于跨中。

圖1,圖2為拆分并按構(gòu)造配筋后的雙向板。

3.2 疊合梁

1)長度較短的梁采用現(xiàn)澆，其余梁采用預(yù)制。

2)門窗洞口上方的連梁與剪力墻一起預(yù)制。

3)預(yù)制梁與后澆混凝土疊合層之間的結(jié)合面應(yīng)設(shè)置粗糙面，且梁的端面設(shè)置鍵槽以增加抗剪強度，本構(gòu)件將鍵槽設(shè)置為貫通截面。鍵槽深度、斜面傾角均應(yīng)符合規(guī)范要求。

圖3為預(yù)制疊合梁。

3.3 剪力墻

筆者所用指定墻預(yù)制屬性的方法是：預(yù)制內(nèi)外墻板均采用一字型；樓梯電梯間的墻采用現(xiàn)澆，以增強整體剛度；墻板兩側(cè)的拼接部位設(shè)在結(jié)構(gòu)受力較小的部位；短肢墻體采用現(xiàn)澆。

1)預(yù)制外墻類型采用三明治(夾心保溫層)，見圖4。關(guān)于尺寸，采用模數(shù)化拆分，減少預(yù)制外墻種類，并且需考慮后期運輸與安裝，構(gòu)件高度與重量要滿足限制要求。對于開有門窗洞口的墻肢，在洞口上方設(shè)置連梁，連梁與墻體一起預(yù)制(見圖5)，開洞時，洞口兩側(cè)的墻肢寬度不應(yīng)小于200 mm。

2)預(yù)制內(nèi)墻。相鄰兩塊預(yù)制剪力墻之間設(shè)置后澆段，在控制后澆段的寬度不小于200 mm的前提下，按照模數(shù)，將墻拆分，且遵循少規(guī)格的原則，見圖6。

3.4 邊緣構(gòu)件

縱橫墻交接處的邊緣構(gòu)件采用后澆混凝土。如轉(zhuǎn)角墻，有翼墻均采用后澆形式，后澆段的長度需滿足《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的構(gòu)造要求，且要滿足結(jié)構(gòu)計算要求，在布置荷載后，本結(jié)構(gòu)接力PKPM計算，并由計算結(jié)果確定邊緣構(gòu)件的長度以及配筋，見圖7。

4 結(jié)語

表1為預(yù)制率統(tǒng)計表。

表1 預(yù)制率統(tǒng)計匯總表(項目：裝配式剪力墻)

筆者通過先拆規(guī)則形狀板，再拆梁，形成現(xiàn)澆節(jié)點，最后拆內(nèi)外墻的方法對剪力墻模型進行拆分，遵循少規(guī)格，多組合，預(yù)制構(gòu)件都采用一字型，最終預(yù)制率統(tǒng)計達到45.7%。