對幾種常見預制剪力墻設計方法的對比和分析

陳劍松，吳澤，趙瑞仙Chen Jiansong,Wu Ze,Zhao Ruixian

（上海水石建筑規(guī)劃設計股份有限公司重慶分公司，重慶 400010）

0 引言

隨著人民生活水平以及城鎮(zhèn)化率的不斷提高，人與環(huán)境和諧共存的問題日益突出，堅持綠色生態(tài)理念，促進建筑業(yè)高質量發(fā)展，加快行業(yè)轉型升級勢在必行。裝配式建筑將工地作業(yè)為主的建造方式變?yōu)楣S制造為主，可以提高質量和效率、節(jié)約資源、保護環(huán)境、縮短工期[1-2]，是建筑產業(yè)現(xiàn)代化的重要內容。

在我國住宅市場，剪力墻住宅因結構抗側剛度大、墻體構件不突出建筑墻面等優(yōu)勢脫穎而出，成為最為常見的結構形式，裝配整體式剪力墻結構進而也成為裝配式建筑發(fā)展的焦點。隨著《重慶市裝配式建筑裝配率計算細則（2021版）》的發(fā)布及實施，過去慣用的、為滿足主體結構得分的預制疊合板+高精模板技術路線，在新的計算細則中難以奏效，更是無法滿足高裝配率（≥65%）項目的技術要求；另外，在一些多層的別墅、疊拼等項目中，高精模板攤銷成本過高，也暴露了傳統(tǒng)技術路線的短板。對此，有必要考慮適當增加預制承重豎向構件的應用比例，尤其是在住宅項目預制剪力墻的應用中。本文擬對目前較為常見的、技術體系較為成熟的幾種預制剪力墻從生產、設計、施工等方面進行對比和分析，以供設計同行參考。

1 預制剪力墻的分類及適用范圍

目前，裝配整體式鋼筋混凝土剪力墻結構中的預制剪力墻主要有三類：實心預制剪力墻、雙面疊合剪力墻及SPCS鋼筋焊接網(wǎng)疊合剪力墻。

實心預制剪力墻（圖1a）是指將傳統(tǒng)現(xiàn)澆剪力墻墻身部分在工廠進行鋼筋加工及混凝土澆筑、養(yǎng)護成形的預制部件。

圖1 預制墻分類

雙面疊合剪力墻 （圖1b）俗稱 “雙皮墻”，是指由格構鋼筋拉結兩側預制墻片，然后在空腔內現(xiàn)澆混凝土形成整體，共同承擔外部荷載的預制部件。

SPCS鋼筋焊接網(wǎng)疊合剪力墻（圖1c）受力原理與雙面疊合剪力墻相似，但采用了工廠鋼筋網(wǎng)片自動化焊接等創(chuàng)新工藝，工業(yè)化程度更高。

上述三類預制剪力墻雖然生產及施工工藝有所差別，但均采用了等同現(xiàn)澆的概念，適用范圍也基本相同。總結《裝配式混凝土建筑技術標準》（GB/T 51231—2016）[3]、《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ 1—2014）[4]及《裝配整體式鋼筋焊接網(wǎng)疊合混凝土結構技術規(guī)程》（T/CECS 579—2019）[5]相關規(guī)定，主要有以下幾點需要結構設計人員予以重視：

（1）當設置地下室時，宜采用現(xiàn)澆混凝土；

（2）剪力墻結構和部分框支剪力墻結構底部加強部位宜采用現(xiàn)澆混凝土；

（3）當?shù)撞考訌姴课坏募袅Σ捎妙A制混凝土時，應采取可靠技術措施。

從上述規(guī)定不難發(fā)現(xiàn)，底部加強區(qū)剪力墻作為抵抗罕遇地震作用的關鍵構件，應具有比上部剪力墻更好的延性和耗能能力。而目前預制剪力墻的抗震性能尚無實際震害經(jīng)驗，對其抗震性能的研究以構件試驗為主，整體結構試驗研究偏少。剪力墻的主要塑性發(fā)展區(qū)域采用現(xiàn)澆混凝土，有利于保證結構整體抗震能力。因此，底部加強部位剪力墻宜采用現(xiàn)澆混凝土[3]。

1.1 預制剪力墻

預制剪力墻主要執(zhí)行《裝配式混凝土建筑技術標準》（GB/T 51231—2016）[3]、《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ 1—2014）[4]及 《裝配式混凝土住宅建筑結構設計規(guī)程》（DBJ50-193—2014）[6]，參考圖集主要有《裝配式混凝土連接節(jié)點構造》（15G310-1/2）[7]、《預 制 混 凝 土 剪 力 墻 外 墻 板》（15G365-1）[8]、《預制混凝土剪力墻內墻板》（15G365-2）[9]及 《裝配式混凝土建筑抗震墻（200mm）》（DJBT50—108）[10]，其主要技術要點如下：

（1）結構最大適用高度與現(xiàn)澆混凝土結構略有差異，應根據(jù)預制剪力墻底部在規(guī)定水平力作用下承擔的剪力百分比作適當降低，詳見表1；

表1 預制剪力墻結構最大適用高度（6、7度地區(qū)）（m）

（2）結構高寬比限值與現(xiàn)澆混凝土結構一致，詳見表2；

表2 預制剪力墻結構高寬比限值（6、7度地區(qū)）

（3）結構抗震等級與現(xiàn)澆混凝土結構不同，詳見表3；

表3 預制剪力墻結構抗震等級（6、7度地區(qū)）

（4）節(jié)點及接縫處縱向鋼筋連接多采用套筒灌漿連接；

（5）結構計算時，現(xiàn)澆墻肢水平地震作用彎剪、剪力宜乘以不小于1.1的增大系數(shù)；

（6）構件拆分時宜采用一字型墻肢，并控制其部件尺寸、自重，以方便生產、運輸、吊裝和施工。其中，開洞墻洞口兩側的墻肢寬度不應小于200mm，上方連梁高度不宜小于250mm；

（7）套筒灌漿連接應嚴格控制連接部位水平分布筋加密構造，如圖2所示；

圖2 套筒灌漿連接部位水平分布筋加密構造

（8）剪力墻豎向鋼筋連接采用“梅花形”，部分連接時鋼筋直徑、間距及配筋率構造如圖3所示。

圖3 豎向分布鋼筋"梅花形"套筒灌漿連接構造示意

1.2 雙面疊合剪力墻

雙面疊合剪力墻主要執(zhí)行《裝配式混凝土建筑技術標準》（GB/T 51231—2016）[3]、《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ 1—2014）[4]及《裝配式疊合剪力墻結構技術標準》（DBJ50/T-339—2019）[11]，其主要技術要點如下：

（1）結構最大適用高度相比預制剪力墻結構進一步降低；

（2）約束邊緣構件延伸至底部加強區(qū)以上兩層，剪力墻軸壓比限值相較現(xiàn)澆結構降低0.05；

（3）墻厚不宜小于200mm，單葉預制墻板厚度不宜小于50mm，空腔凈距不宜小于100mm；

（4）桁架筋豎向設置，單片預制墻肢不少于2榀；桁架筋中心距不宜大于400mm及豎向分布筋間距的2倍，邊距不宜大于150mm，如圖4所示；

圖4 雙面疊合剪力墻鋼筋桁架布置示意

（5）水平、豎向連接鋼筋錨固長度均應≥1.2laE，詳見圖5、圖6。

圖5 雙面疊合剪力墻豎向連接鋼筋布置示意圖

圖6 雙面疊合剪力墻水平連接鋼筋布置示意圖

1.3 SPCS鋼筋焊接網(wǎng)疊合剪力墻

SPCS鋼筋焊接網(wǎng)疊合剪力墻主要執(zhí)行《裝配整體式鋼筋焊接網(wǎng)疊合混凝土結構技術規(guī)程》（T/CECS 579—2019）[5]，其主要技術要點如下：

（1）6、7度地區(qū)結構最大適用高度、高寬比及抗震等級均與預制剪力墻一致；

（2）約束邊緣構件延伸至底部加強區(qū)以上兩層，剪力墻軸壓比限值較現(xiàn)澆結構降低0.1；

（3）開洞墻洞口兩側的墻肢寬度不宜小于250mm，上方連梁高度、下方窗下墻高度均不宜小于250mm；

（4）單側板厚度不應小于50mm，空腔寬度t不應小于100mm；

（5）整體成型鋼筋籠構造：墻體豎向鋼筋應置于梯子形網(wǎng)片縱筋內側，同時應嚴格控制網(wǎng)片筋的邊距、間距及鋼筋端頭保護層厚度，如圖7所示；

圖7 SPCS疊合剪力墻鋼筋構造示意圖

（6）邊緣構件連接鋼筋錨固長度均應≥1.6laE，墻身豎向連接鋼筋錨固長度應≥1.2laE，墻身水平連接鋼筋錨固長度應≥laE，如圖8所示。

圖8 SPCS疊合剪力墻邊緣構件鋼筋連接構造示意圖

2 工程應用的優(yōu)缺點

預制混凝土部件具有施工速度快、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，并且能縮短建筑開發(fā)建設的周期，滿足建筑產業(yè)化的規(guī)?；?、標準化的要求，是公認的可持續(xù)發(fā)展技術[12]。針對上述三種常見預制剪力墻部件，對其在生產、施工及成本上的優(yōu)缺點進行總結，如表4所示。

表4 預制剪力墻工程應用優(yōu)缺點

3 結論

本文對三種常見預制剪力墻從生產、設計、施工等方面進行了對比和分析，發(fā)現(xiàn)不同類型的預制墻在結構計算分析層面均采用等同現(xiàn)澆的概念，其主要差異體現(xiàn)在生產工藝、連接構造及施工工藝等方面，材料成本差異不大，均可作為裝配式建筑預制豎向構件優(yōu)選部件。

但客觀分析，目前裝配整體式剪力墻結構還存在諸多需要通過理論研究和工程實踐加以驗證的問題。作為裝配式建筑結構設計人員，在設計過程中應更加注重結構概念，加強連接節(jié)點設計，關注部件生產與現(xiàn)場施工工序、工藝，形成全過程思維，才能保證裝配式結構設計的準確、協(xié)同及高效。