螺栓連接多層全裝配式混凝土墻板結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工

張 勝，鐘 易，周錫玲，肖 智，李錦實（.遠大住宅工業(yè)集團股份公司，湖南長沙 4003；.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖南長沙 4003 ）

2016 年，國務(wù)院辦公廳頒布《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》明確提出，發(fā)展裝配式建筑是建造方式的重大變革，是推進新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要舉措。在我國建筑能耗嚴重的情況下，實施高效節(jié)能的裝配式建筑是我國建筑可持續(xù)發(fā)展的必然要求。螺栓連接多層全裝配式混凝土墻板結(jié)構(gòu)建筑是由預(yù)制墻板、預(yù)制樓板采用螺栓連接而成的一種新型裝配式建筑，其吊裝施工現(xiàn)場無現(xiàn)澆混凝土作業(yè)，主體結(jié)構(gòu)吊裝速度可達每天 1 F。施工現(xiàn)場建筑垃圾少，可有效減少環(huán)境污染以及材料浪費，是一種高效節(jié)能的全裝配式建筑。

1 預(yù)制墻板、樓板設(shè)計

螺栓連接多層全裝配式混凝土墻板結(jié)構(gòu)建筑采用一體化設(shè)計，滿足設(shè)計、構(gòu)件制作及施工安裝等技術(shù)環(huán)節(jié)的要求。其主要受力構(gòu)件為預(yù)制墻板和樓板，墻板、樓板設(shè)計除需考慮保溫隔熱、承載能力、運輸、施工等要求外，還應(yīng)滿足螺栓連接傳力要求。

1.1 預(yù)制墻板設(shè)計

為確保預(yù)制墻板能滿足不同氣候地域保溫、隔熱要求，利用綠建斯維爾軟件以一棟兩層墻板結(jié)構(gòu) 230 m2別墅為研究對象，分別在進行寒冷地區(qū)、夏熱冬冷、夏熱冬暖地區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計。設(shè)計計算結(jié)果表明，北方寒冷地區(qū)的北京市采用預(yù)制夾心墻板，10 cm 擠塑聚苯板為保溫層，采用熱工性能綜合權(quán)衡能滿足 JGJ 26—2018《嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準》的要求；夏熱冬冷地區(qū)的長沙市以及夏熱冬暖地區(qū)的?？谑?，設(shè)計采用 80 mm 擠塑聚苯板為保溫層 預(yù)制空心墻板，其建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工性能設(shè)計均能滿足當(dāng)?shù)匾蟆?/p>

北方寒冷地區(qū)預(yù)制夾心外墻板的內(nèi)葉板是主要承重構(gòu)件，需按豎向承重構(gòu)件進行設(shè)計，并且在承重內(nèi)頁板中實現(xiàn)螺栓連接。為滿足承載力及螺栓連接盒和套筒預(yù)埋要求，內(nèi)頁墻體混凝土厚度≥140 mm，同時最小配筋率滿足≥0.2%。外葉墻板為滿足耐火極限要求其厚度≥50 mm。

為實現(xiàn)預(yù)制空心墻板在螺栓連接區(qū)有效傳遞荷載，將預(yù)制空心墻板四邊區(qū)域設(shè)計為混凝土實心區(qū)，混凝土實心區(qū)高度或?qū)挾取?00 mm。預(yù)制空心墻板內(nèi)、外葉墻板厚度均≥50 mm；中間混凝土實心板肋寬度≥150 mm，且保溫材料寬度≤800 mm。預(yù)制墻板上開有邊長≤800 mm的小洞口，且在結(jié)構(gòu)整體計算中不考慮其影響時，應(yīng)在洞口四周配置補強鋼筋，補強鋼筋的直徑≥12 mm。

1.2 預(yù)制樓板設(shè)計

預(yù)制空心樓板按單向板設(shè)計，樓板沿跨度方向也采用螺栓連接。為方便預(yù)埋螺栓連接盒和螺栓套筒并有效地傳遞荷載，其連接區(qū)域亦設(shè)計為實心截面。實心截面區(qū)域?qū)挾取?50 mm，配置不少于 4 根直徑10 mm的鋼筋，箍筋直徑≥6 mm，間距 200 mm；板肋寬≥150 mm，保溫材料沿板的受力方向布置，寬度≤600 mm。

2 螺栓連接設(shè)計

螺栓連接多層全裝配式混凝土墻板結(jié)構(gòu)建筑中預(yù)制夾心墻板、空心墻板與空心樓板之間連接均采用螺栓連接。螺栓采用 8.8 級及以下的普通螺栓連接件，包括螺栓連接盒、預(yù)埋套筒及螺桿等。

在地震設(shè)計狀況下，預(yù)制墻板接縫的受剪承載力設(shè)計值VuE應(yīng)按式 1 計算：

預(yù)制夾心墻板、預(yù)制空心墻板與預(yù)制空心樓板之間的水平縫螺栓連接，其數(shù)量應(yīng)滿足式 1 的計算要求，且每塊墻板螺栓個數(shù)≥2 個。螺栓間距宜滿足表 1 的要求，螺栓距墻端的距離≥150 mm，且≤450 mm。樓層內(nèi)相鄰預(yù)制夾心墻板、預(yù)制空心墻板之間豎向接縫所需螺栓數(shù)量按設(shè)計計算，且不應(yīng)少于 3 個。螺栓距頂部和底部≤500 mm，螺栓間距宜相等，且≤1 000 mm。

表1 墻板接螺栓間距單位：mm

抗震設(shè)防烈度為 8 度或抗震設(shè)防烈度為 7 度的 3 F 以上房屋，在開間進深較大、層高較高時，其角部連接部位采用連接鋼板、雙桿連接盒、連接盒加密布置等加強措施。

采用 ETABS 2018分別對抗震設(shè)防烈度為 8 度（0.3g）、7 度（0.15g）和 6 度的 3 F、5 F、6 F結(jié)構(gòu)進行彈塑性分析，模型中墻體、樓板均采用殼單元模擬。通過計算分析螺栓中心最大間距計算分析結(jié)果滿足表 2 的要求，同時，螺栓中心距墻端的距離表 2 樓板連接螺栓間距≥150 mm，且≤450 mm。

表2 樓板連接螺栓間距單位：mm

3 主體吊裝施工

螺栓連接多層全裝配式混凝土墻板結(jié)構(gòu)建筑基礎(chǔ)需現(xiàn)澆，通常情況下房屋建筑產(chǎn)品提供商將提供產(chǎn)品基礎(chǔ)參考設(shè)計圖紙，客戶根據(jù)參考圖紙結(jié)合地基土質(zhì)、使用要求以及施工條件等因素確定基礎(chǔ)形式。基礎(chǔ)澆筑前需做好螺栓套筒精確定位，并采取可靠措施防止?jié)仓饎舆^程中產(chǎn)生位移，確保水電管線、基礎(chǔ)預(yù)埋螺栓套筒與上部樓板、墻板的精確對位?；A(chǔ)完工后，上部結(jié)構(gòu)為全預(yù)制墻板結(jié)構(gòu)，可采用汽車吊吊裝。根據(jù)構(gòu)件的最大重量及最遠距離選擇吊車型號，確保所有構(gòu)件均在汽車吊吊裝的有效范圍內(nèi)。以 4 廳 5 室 3 衛(wèi)2 露臺的“橡樹莊園”為例，其占地面積 169 m2，兩層總建筑面積 325 m2。預(yù)制構(gòu)件總數(shù)為 81 塊，其中墻板 44 塊，樓板 37 塊，選用 QY-75 T 型汽車吊吊裝。配備 5～6人吊裝小組，計劃每班吊裝 20～30 塊構(gòu)件，計劃工期為 2 d。先吊裝第 1 F 位于基礎(chǔ)梁上的 13 塊樓板，樓板吊裝施工前，將連接螺桿擰入基礎(chǔ)梁預(yù)埋套筒內(nèi)至設(shè)計長度，并采用≥M 10的抗收縮砂漿坐漿。樓板吊裝過程中應(yīng)逐一按順序進行安裝，嚴禁因中間漏放而采取后插安裝。按照“慢起、快升、緩降”原則，同時確保螺栓桿與樓板洞口對孔準確，緩慢將樓板落位，樓板落位用專用扭矩扳手擰緊連接螺栓。

第一層墻板共計 22 塊，吊裝前在墻板底部用抗收縮砂漿坐漿，并進行螺栓桿檢查與調(diào)直。墻板吊裝落位后安裝臨時支撐，每塊墻板臨時支撐不應(yīng)少于 2 道；原則上每塊構(gòu)件斜支撐數(shù)量為＜4 m 布 2 根，4～6 m 布 3 根，≥6 m 時布 4根。采用經(jīng)緯儀進行垂直度檢查，通過斜支撐調(diào)整構(gòu)件垂直度，外墻垂直度應(yīng)控制在 ±4 mm 以內(nèi)。采用水準儀，利用塔尺后視已知點標(biāo)高，再將塔尺置于板底墊塊處，進行標(biāo)高復(fù)核。

4 結(jié) 語

長期以來磚混結(jié)構(gòu)因其施工技術(shù)簡單、工程造價低廉，在我國廣大鄉(xiāng)村低、多層建筑中得到廣泛應(yīng)用。但磚混結(jié)構(gòu)存在自重大、高度受限制、抗震性能差、浪費資源等缺點。據(jù)建設(shè)部 2016 年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計公報顯示：2016 年，全國村鎮(zhèn)房屋竣工建筑面積 10.6 億 m2，其中住宅 8.0 億 m2，公共建筑 1.1 億 m2，生產(chǎn)性建筑 1.5 億m2。2016 年年末，全國村鎮(zhèn)實有房屋建筑面積 383.0 億 m2，其中住宅 323.2 億 m2。因此有必要在廣大鄉(xiāng)村推廣使用螺栓連接多層全裝配式混凝土墻板結(jié)構(gòu)建筑以取代一部分對環(huán)境破壞大、抗震性能差、品質(zhì)難以保證的傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)建筑，從而有效地提高勞動生產(chǎn)率、提高鄉(xiāng)村居住品質(zhì)、促進人與自然和諧發(fā)展。