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裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系在某公租房中的應(yīng)用(建筑)

                                張海東

                     （河南中建工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，鄭州450004）

[摘要]  裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工，能達(dá)到高效建造和節(jié)能環(huán)保的目的，符合建筑工業(yè)化的發(fā)展方向。介紹了中建觀湖國(guó)際項(xiàng)目中14#公租房的裝配式結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)，提出了裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則。并通過抗震性能分析發(fā)現(xiàn)本結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)區(qū)為薄弱部位，對(duì)此部位提出了具體的加強(qiáng)措施；同時(shí)對(duì)構(gòu)件連接構(gòu)造提出了要求，可為類似裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的參考作用。

[關(guān)鍵詞]  裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)分析；預(yù)制構(gòu)件；連接

中圖分類號(hào)：TU318   文章編號(hào)：1002-848X( 2016) 10-0009-05

1  工程概況

    中建觀湖國(guó)際項(xiàng)目（圖1）位于鄭州市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，總用地面積30 735. 27m²。其中14#樓位于建設(shè)用地的西北角，為小區(qū)配套公租房項(xiàng)目，標(biāo)高±0. 00m以上采用預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)，以下采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。該公租房項(xiàng)目總建筑面積9 276m²，地上為24層，各層層高為2. 9m;地下為2層，其中地下1層層高為4.5m，地下2層層高為3.8m。14#樓建筑高度69. 900m，為一類高層住宅樓。地下室主要為儲(chǔ)藏室和自行車庫(kù)，地上1，2層為物業(yè)及社區(qū)用房，3層及以上為公租房。

    14#樓建筑長(zhǎng)27m、寬14. 1m。標(biāo)準(zhǔn)層有6戶，每戶開間4. 5m、進(jìn)深9m，建筑面積約60m²，標(biāo)準(zhǔn)層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》( JGJ 3-2010)（簡(jiǎn)稱高規(guī)）第5.1節(jié)相關(guān)規(guī)定，做如下假定：結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力按彈性計(jì)算；結(jié)構(gòu)分析采用空間模型進(jìn)行有限元計(jì)算；內(nèi)力和位移計(jì)算時(shí)，假定樓板面內(nèi)無限剛性。剪力墻、梁、板等預(yù)制構(gòu)件應(yīng)具有與現(xiàn)澆構(gòu)件相同的強(qiáng)度、耐久性、耐火性、防水性等性能（即等同現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系）。剪力墻、梁應(yīng)根據(jù)連接方式選用正確的計(jì)算方法，疊合樓板要保證有充分的強(qiáng)度和剛度以滿足面內(nèi)無限剛性假定。

    連接是裝配式結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)主要不同點(diǎn)之一。豎向和水平接縫部位的鋼筋應(yīng)采用安全可靠的連接，且接縫處新舊混凝土之間應(yīng)采用粗糙面、鍵槽等構(gòu)造措施。連接區(qū)域應(yīng)有滿足受力要求的強(qiáng)度、剛度及塑性，后澆混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于相應(yīng)預(yù)制構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)。

2.2結(jié)構(gòu)平面布置及拆分

    圖4為結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層平面布置圖，圖中涂黑構(gòu)件為剪力墻，墻厚200mm；疊合梁主要截面尺寸為：200mm×400mm,200mm×600mm．200mm×1 000mm；疊合板厚度為130mm;填充墻厚度有200mm和100mm兩種。

    圖5為結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層墻體分布示意，主要墻體有預(yù)制剪力墻、現(xiàn)澆剪力墻、預(yù)制填充墻。預(yù)制構(gòu)件主要包括：預(yù)制墻板、預(yù)制樓板、預(yù)制樓梯等。現(xiàn)澆部分主要為：剪力墻連接部位、疊合樓板的現(xiàn)澆部分。

2.3結(jié)構(gòu)小震彈性分析

    本工程采用SATWE軟件進(jìn)行小震作用下的彈性分析，計(jì)算采用考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的振型分解反應(yīng)譜（CQC法）。主要參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表1。

    從計(jì)算結(jié)果可以看出，X向、Y向兩個(gè)主軸方向的結(jié)構(gòu)剛度基本接近；最大層間位移角小于1/1 000，扭轉(zhuǎn)位移比控制在1.2以內(nèi)；剪重比大于0. 024。結(jié)構(gòu)在X向、y向剛度和抗扭剛度的布置均較為合理，按一般現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的主要指標(biāo)均滿足高規(guī)相關(guān)要求。建筑平面見圖2，建筑剖面圖見圖3。14#樓采用裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，主要構(gòu)件剪力墻、填充墻、樓板、樓梯等均采用工廠加工，現(xiàn)場(chǎng)拼裝。

    14#樓為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，設(shè)計(jì)使用年限為50年�？拐鹪O(shè)防烈度為7度，基本地震加速度為0. 15g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為Ⅲ類�？拐鸬燃�(jí)為三級(jí)，抗震構(gòu)造措施為二級(jí)；基本風(fēng)壓為0. 45kN/m²，地面粗糙程度為B類。結(jié)構(gòu)嵌固端設(shè)在地下室頂板。

2  結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

    本工程采用裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，依據(jù)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》( JGJ l-2014)（簡(jiǎn)稱裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程）第6.3.1條規(guī)定：在各種設(shè)計(jì)狀況下，裝配整體式結(jié)構(gòu)可采用與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相同的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。本工程計(jì)算分析根據(jù)《高層圖6為小震作用下底層剪力墻配筋，由圖可見，在小震作用下底層剪力墻大部分處于壓彎狀態(tài)，僅在角部剪力墻出現(xiàn)偏拉，底層剪力墻的截面配筋以規(guī)范要求最低配筋率控制為主。

2.4中震不屈服分析

    本工程采用SATWE軟件進(jìn)行中震不屈服計(jì)算。7度(0. 15g)對(duì)應(yīng)的設(shè)防烈度地震影響系數(shù)最大值為0. 34，采用振型分解反應(yīng)譜進(jìn)行計(jì)算，關(guān)鍵構(gòu)件（底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻）的正截面承載力應(yīng)滿足高規(guī)第3. 11.3.2款中公式：

  計(jì)算結(jié)果表明，底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻抗震承載力可以滿足中震不屈服的要求。

    圖7為中震作用下底層剪力墻配筋，可以看出在中震不屈服狀況下底層剪力墻四周均出現(xiàn)偏拉，其截面配筋以計(jì)算配筋為主。

  為了驗(yàn)證預(yù)制剪力墻水平接縫處在中震作用下是否會(huì)產(chǎn)生滑移，本工程對(duì)底層剪力墻水平接縫處的抗剪承載力進(jìn)行了“中震不屈服”內(nèi)力作用下的驗(yàn)算，安照裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程第6.5.1條及第8.3.7條中的公式進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算公式如下：

    當(dāng)墻肢出現(xiàn)拉力時(shí)抗剪不利，所以選取底層剪力墻出現(xiàn)拉力且拉力值較大工況的墻肢（圖7中墻肢Q1）進(jìn)行驗(yàn)算。該墻肢截面尺寸為220mm（厚）×3 500mm（長(zhǎng)），根據(jù)SATWE計(jì)算文件查得墻肢Q1在中震作用下軸力N=-2 887kN（拉力），剪力

此段墻肢在水平接縫處的抗剪承載力在中震下滿足規(guī)范要求，墻肢能夠滿足中震不屈服的要求。

    通過以上分析認(rèn)為，適當(dāng)提高底部加強(qiáng)區(qū)剪力配筋同時(shí)控制其軸壓比可以滿足中震不屈服（輕度損壞）的相關(guān)要求。

2.5大震彈塑性分析

    本工程采用EPDA軟件進(jìn)行彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析，地震加速度為0. 15g，場(chǎng)地特征周期為0.55g，設(shè)計(jì)分析選用三組地震波，分別為人工波( RHITG055波)、天然波1（THITC055波）、天然波2(TH4TG055波)。彈塑性分析采用Y向單地震輸入，峰值加速度取310cm／s²，地震波計(jì)算步長(zhǎng)取0. 02s，有效持續(xù)時(shí)間取20s。

    三組地震波作用下結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角曲線見圖8，由圖8可見，人工波和天然波1、天然波2三組地震波作用下結(jié)構(gòu)y向的最大層間位移角分別為1/268，1/232，1/215。

    圖9為底部加強(qiáng)區(qū)結(jié)構(gòu)的彈塑性狀態(tài)分布，其中虛線表示墻體裂縫，圓點(diǎn)表示桿件出現(xiàn)塑性鉸。由圖可見，裂縫主要分布在端部開間樓電梯間部位的剪力墻上，裂縫以受拉裂縫為主，山墻有局部受壓裂縫；外側(cè)及一些內(nèi)部梁端部出現(xiàn)塑性鉸。

    綜上所述，在大震作用下結(jié)構(gòu)的最大彈塑性層間位移角為1/215<[]=1/120，可以滿足“大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)；底層部分墻體出現(xiàn)裂縫，部分梁和連梁出現(xiàn)塑性鉸。

    中震不屈服及大震彈塑性分析結(jié)果表明，在等同現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系的前提下，該預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)可以滿足設(shè)定的抗震性能目標(biāo)，具有較好的抗震性能，結(jié)構(gòu)的延性狀況較好，可以滿足規(guī)范的相關(guān)要求。

2.6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采取的一些措施

    根據(jù)裝配式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果分析，本工程采用了以下措施來提高結(jié)構(gòu)的抗震性能：1）依據(jù)裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程第6.3.1條相關(guān)要求，對(duì)現(xiàn)澆墻肢在地震作用下的彎矩和剪力乘以1.1的增大系數(shù)。2）底層墻體的軸壓比控制在0.5以內(nèi)，低于規(guī)范限值0.6，通過提高底部加強(qiáng)區(qū)的延性來提高結(jié)構(gòu)抗震性能。3）對(duì)底部加強(qiáng)區(qū)（1～3層）采取如下的加強(qiáng)措施：參考中震不屈服計(jì)算結(jié)果對(duì)墻體配筋進(jìn)行加強(qiáng)，墻體配筋率按不小于0. 5%控制，分

布鋼筋采用12@200；約束邊緣構(gòu)件的抗震等級(jí)提高一級(jí)，按抗震等級(jí)二級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。4）將剪力墻水平連接區(qū)域內(nèi)的豎向構(gòu)件上下500mm范圍內(nèi)箍筋間距加密為100mm。

2.7構(gòu)件拆分及構(gòu)件設(shè)計(jì)

    構(gòu)件的拆分應(yīng)滿足受力合理、加工簡(jiǎn)單、安裝便捷的原則。首先確定預(yù)制剪力墻連接位置及尺寸，根據(jù)裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程相關(guān)要求設(shè)置合理的現(xiàn)澆區(qū)域。填充墻的拆分要根據(jù)帚裝的要求選取合理的尺寸，疊合樓板應(yīng)根據(jù)房間布置選擇合理的寬度。

    預(yù)制構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級(jí)根據(jù)其受力及軸壓比要求確定為：1～3層為C40，4～5層為C35，6層及以上為C30。預(yù)制填充墻材料為C10陶�；炷�土。

    預(yù)制剪力墻根據(jù)計(jì)算結(jié)果及構(gòu)造要求進(jìn)行配筋，其中剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)配筋為雙向12@ 200，剪力墻上部區(qū)域（3層以上）豎向分布筋為10@200、水平分布筋辦8@ 200。預(yù)制填充墻考慮其抗裂及吊裝要求設(shè)置構(gòu)造鋼筋6@600，其中200mm厚預(yù)制填充墻采用雙層雙向配筋，100mm厚預(yù)制填充墻采用單層雙向配筋。填充墻頂部為疊合梁，疊合梁承受本層墻體及上層樓板的荷載。圖10為標(biāo)準(zhǔn)層預(yù)制墻體和充填墻體配筋大樣。

    樓板采用鋼筋桁架疊合板，通過有效連接形成雙向或單向受力體系。本工程樓板按雙向板計(jì)算，疊合板板底設(shè)雙向受力鋼筋。疊合樓板厚度為130mm，其中預(yù)制板厚60mm，現(xiàn)澆疊合層厚度為70mm；樓板鋼筋根據(jù)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果配置。本工程板底配筋為雙向8@ 150，支座鋼筋為10@150。圖11為預(yù)制疊合板大樣。

2.8連接構(gòu)造

2.8.1預(yù)制剪力墻連接構(gòu)造

    本工程預(yù)制剪力墻連接采用環(huán)筋扣合錨接技術(shù)，剪力墻豎向及水平連接示意見圖12。剪力墻豎向連接通過上、下層相鄰剪力墻環(huán)筋交錯(cuò)扣合后，穿入水平縱向鋼筋，然后澆筑節(jié)點(diǎn)處混凝土。剪力墻水平連接通過連接區(qū)域環(huán)筋扣合后，插入豎向鋼筋，然后澆筑節(jié)點(diǎn)處混凝土，此做法與《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造》( 15G 310-2)中設(shè)附加封閉連接鋼筋與預(yù)留U形鋼筋連接做法一致�，F(xiàn)澆暗柱縱筋采用機(jī)械連接。圖13為樣板間及施工現(xiàn)場(chǎng)照片。

2.8.2疊合樓板與預(yù)制墻體的連接

    疊合樓板底部鋼筋在墻內(nèi)搭接錨固，支座處上部鋼筋穿過墻體。疊合樓板現(xiàn)澆層與剪力墻豎向結(jié)合部位一塊澆筑形成整體，樓板與墻連接示意見圖14。目前廣泛應(yīng)用的剪力墻豎向連接方法主要為套筒灌漿連接和漿錨搭接。本工程預(yù)制剪力墻的豎向鋼筋通過環(huán)筋扣合連接在疊合樓板現(xiàn)澆層內(nèi)，可以有效地約束豎向連接處的混凝土，防止后澆部分混凝土剝落；同時(shí)由于結(jié)合部位在樓板處，接縫處抗剪能力強(qiáng)。這種連接比在樓板上面的搭接更安全可靠。

2.8.3預(yù)制樓板連接

    疊合板的長(zhǎng)度根據(jù)結(jié)構(gòu)跨度確定，寬度控制在4m以內(nèi)，以便于運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝。疊合板之間采用環(huán)筋扣合錨接，連接處設(shè)置環(huán)筋，縱向設(shè)附加鋼筋，澆筑混凝土后形成整體。樓板連接示意見圖15。

3  經(jīng)濟(jì)性分析

    為了比較與同等現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的差別，做了現(xiàn)澆式預(yù)算和裝配式清單兩種類型的工程造價(jià)計(jì)算。在地上裝配式工程范圍內(nèi)（建筑面積8 273m²），按現(xiàn)澆定額計(jì)算的工程造價(jià)為860. 99萬元，單方造價(jià)為1 040. 68元／m²；按裝配式清單計(jì)算的工程造價(jià)為1 087. 13萬元，單方造價(jià)為1 314. 03元／m²。

    通過對(duì)二種計(jì)價(jià)方式的單方造價(jià)對(duì)比，在不考慮建筑工期影響的情況下裝配式清單的單方造價(jià)比現(xiàn)澆定額高273. 35元/m²。差價(jià)主要表現(xiàn)在：工廠加工費(fèi)用高于現(xiàn)場(chǎng)施工的人工費(fèi)；結(jié)構(gòu)附屬構(gòu)件較多，例如飄窗墻、空調(diào)板墻和立面建筑造型等，造成裝配式結(jié)構(gòu)的加工及安裝費(fèi)用高于傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)；由于經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致項(xiàng)目整體管理費(fèi)用較高；預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)批量較小導(dǎo)致單價(jià)高等。

4  結(jié)語(yǔ)

    本文依據(jù)裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)有規(guī)范及相關(guān)資料，對(duì)中建觀湖國(guó)際項(xiàng)目中的14#公租房進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析。根據(jù)抗震性能化設(shè)計(jì)的分析結(jié)果，采取了可靠的技術(shù)措施，并對(duì)構(gòu)件設(shè)計(jì)及節(jié)點(diǎn)連接提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則及構(gòu)造做法，對(duì)進(jìn)一步推廣裝配式結(jié)構(gòu)體系的廣泛應(yīng)用具有一定的意義。目前本工程主體結(jié)構(gòu)已施工至15層，構(gòu)件安裝順利，節(jié)點(diǎn)連接施工質(zhì)量較好。