政府保障性住房项目装配式剪力墙结构的工程应用

时间：2020-05-29 21:19:20 来源：互联网

　　对于政府大力支持的保障房，其户型规格较少，采用预制混凝土(precast concrete)技术，可实现结构构件的标准化、模数化设计和生产，建筑工业化生产方式的优势能够得以体现。若在建设过程中尽量采用相似的建筑风格、户型和结构，就便于使用同一规格、同一标准的成型部品、构件，根据规模经济原理，可以大大降低部品、构件的生产成本，从而降低建设成本。在某保障性住房项目中开展了装配整体式混凝土剪力墙结构的工程探索。本文就该项目的结构平面布置、预制剪力墙板布置原则、现浇节点及预制墙板设计等方面进行介绍，并对设计中遇到的一些问题进行分析和探讨。

　　1、工程概况

　　本工程建筑类型为公租房，地上23层，地下2层，地上部分层高均为2.7m，地上建筑檐口标高为62.5m。工程抗震设防类别为标准设防类，抗震设防烈度为8度，场地类别为Ⅱ类。

　　依据《高层建筑混凝土结构设计规程》(JGJ 3-2010)(简称高规)对高层混凝土剪力墙结构的构造要求，本工程底部加强部位取地面以上3层，约束边缘构件设置的范围向上延伸至4层，从5层起开始采用部分装配式结构。在方案设计中，建筑外墙均采用了预制混凝士夹心保温外墙板(简称预制墙板)，其布置详见图1。最终项目实施方案为在5-23层南侧纵墙采用预制墙板;地下2层及地上1-4层除南侧阳台板外，均采用现浇混凝土结构;5 ~23层阳台板采用预制构件，其他部分均采用现浇混凝土结构。1-4层外墙厚度为250mm，内墙厚度为200mm;5-23层内、外墙厚度均为200mm。各层楼板采用厚140，150mm的现浇混凝土板。

　　政府保障性住房项目装配式剪力墙结构的工程应用

　　2、结构整体设计

　　2.1 整体性能控制

　　根据试验结论和一些项目的经验，总结可知：预制墙板通过整体式连接，可以具有与现浇剪力墙相似的抗震性能，包括承载能力和塑性变形能力;预制墙板与现浇剪力墙的连接，在弹性和弹塑性工作阶段，具有与现浇剪力墙相似的抗震性能;采取不同的连接构造措施使得结构的极限承载能力和变形能力可能有一定的差别，但可以满足建筑抗震设计规范(GB 50011 2010)(简称抗规)的规定;预制墙板与现浇墙体之间的竖缝开裂比构件水平缝早，水平缝的开裂程度较高，是决定构件极限承载能力和变形能力的主要控制性因素之一;预制墙板四周与现浇结构连接面的粗糙程度对构件连接性能影响较大。

　　因本工程为8度区采用装配整体式剪力墙结构的高层建筑，结构整体设计中采取如下措施：1)选择合理的地基方案，适当提高基础结构的刚度，尽量避免地基不均匀沉降对上部结构的影响;2)适度增加地下室结构的刚度和整体性，在地下室增加了部分内纵墙和内横墙，顶板厚度取180mm;3)严格控制结构在地震作用下的扭转效应，在山墙上开洞较小(仅设置1 200mm x1 200mm的洞口)，且山墙采用现浇墙体，结构的扭转刚度较大;4)适当提高结构的弹性刚度，在小震和中震作用下，较小的层间位移角有利于发挥预制墙板的性能，通过对抗震计算结果进行分析可知，地震作用较小，结构能够满足规范要求;5)适度控制墙肢的轴压比，提高剪力墙的延性，为预制构件的设计标准化和生产效率的提高提供了基础，墙肢轴压比基本控制在0.3以下;6)因预制墙板对墙体抗侧刚度有一定削弱作用，应考虑对弹性计算的内力进行调整，适当放大现浇墙肢在水平地震作用下的剪力和弯矩，对在4层及以上楼层地震作用下的内力按照放大20%左右采用，加强预制墙板竖向连接的抗剪承载能力。

　　2.2 整体结构的抗震计算

　　采用PKPM系列结构设计程序的SATWE模块，所取抗震计算模型详见表1表1计算结果显示，模型1均无构件超筋情况;模型2在1.2倍小震地震力作用下，仅有局部几根连梁超筋;模型3在中震作用下仅在1层南侧三道墙体中出现超筋可知，按小震弹性进行的构件设计满足设计要求;按扣除预制墙板刚度进行计算，现浇部分构件均满足要求;按中震进行计算，预制墙板及现浇节点基本处在弹性状态;结构整体性能与方案预期基本一致。

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　　3、预制剪力墙板布置

　　预制剪力墙板布置需要考虑建筑设计构件生产和安装施工等多种因素，本项目主要考虑了以下几点：1)符合建筑模数协调的设计原则;2)结构受力合理，预制墙板与现浇墙体的连接部位设置在应力相对较小的位置;3)预制墙板的外叶墙可以替代施工外模板;4)在塔吊合理布置的前提下，满足较大尺寸预制构件的吊装要求。

　　4、预制墙板设计

　　本工程因在南侧外纵墙采用预制墙板，且建筑布局中户型均为对称，故预制墙板仅为两种类型即YQBI，YQBI反，且为镜像关系万科企业股份有限公司建筑设计研究院有限公司与清华大学合作完成了关于竖向钢筋套筒浆锚连接的预制剪力墙试验，墙体破坏时裂缝分布见图2!构件破坏形态为：边缘构件竖向钢筋受拉屈服$底部混凝土压碎的压弯破坏;套筒上方水平裂缝及其向下发展的斜裂缝的宽度大，为主要裂缝!在灌浆密实的前提下，预制剪力墙边缘构件的竖向钢筋采用套筒浆锚直接连接能有效传递应力!套筒及连接节点见图3!

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　　为了提高钢筋套筒灌浆连接的效率，本项目预制墙板的竖向分布钢筋采用单排钢筋连接套筒的连接方式，构造边缘构件内的纵向钢筋的套筒连接采用梅花形布置，如图4中AA剖面，且竖向连接钢筋的面积不小于预制墙板钢筋面积的1.1倍;对墙肢底角部采取了加密横向钢筋的构造加强措施;同时，在预制墙板底部的竖向连接套筒范围内的箍筋采取了箍筋加密的措施，如图5所示本项目采取的上述做法通过了项目专家论证会的评审。

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　　本工程在预制墙板顶面设置了通长的水平现浇带，高度为230mm;在预制墙板洞口处将预制连梁与楼层水平现浇带按照组合连梁进行设计和构造配筋;预制与现浇部分设置连接钢筋，连接钢筋的水平间距为200mm;这种连梁的设计方法满足装配式规程的要求，即叠合连梁的箍筋采用封闭箍筋形式，也可采用U形开口箍、现场封闭形式。本工程采用了封闭箍筋形式。外墙的窗下墙按照围护墙体设计，在结构计算中考虑了其弹性刚度对结构的影响。由于预制墙板侧面采用键槽和粗糙面都能将预制墙板与现浇混凝土连接成整体，粗糙面的连接效果更好目，本项目预制墙板的四周均设置了人工粗糙面，对平均凸凹度的设计要求为不小于6mm，实践效果非常好。预制墙板上下连接采用企口的防水构造，如图6所示。

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　　表2为选取4层墙肢，参照表1的计算工况，按装配式规程和《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ 1-2014)规定进行对比计算的结果。从表2中可以看出，3个模型中墙肢底截面即预制墙板接缝处的剪力设计值均比截面的抗剪承载力小，满足接缝处设计要求。预制墙板的典型大样详见图7。

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　　6、施工验收

　　装配整体式剪力墙结构因其自身的特点，对预制构件的生产、制作、安装等的施工要求均较高。预制构件生产应采用定型钢制模具，模具尺寸的允许偏差应从其平面尺寸、侧向弯曲(翘曲)、平整度等方面加以控制，以确保模具的加工和组装精度;预制构件内的钢筋摆放应从保护层厚度、外伸钢筋的中心定位及外伸长度等进行误差控制;对预制墙板成品构件的尺寸、侧向弯曲(翘曲)、表面平整度、洞口尺寸等进行误差控制。

　　预制构件外露表面应光洁平整，应严格控制表面气孔的数量;不得出现缺楞、掉角、蜂窝、麻面等严重质量缺陷;在生产过程中出现的一般性质量缺陷，应由构件加工厂负责修补;在运输过程和施工现场形成的轻度破损，应由构件加工厂出具修补方案，指导施工单位完成修复。

　　本工程是装配整体式高层剪力墙结构在高烈度区的保障性住房工程中的首次应用，为住宅产业化的发展起到了一定的示范作用，住宅产业化是我国未来住宅建设的发展方向之一。本项目通过实践得到以下结论：

　　(1) 装配整体式剪力墙结构可以采用与现浇剪力墙结构相同的设计方法，同时应加强结构抗震概念设计，对预制构件及其连接设计需要采取有针对生的措施;本项目采用的一些做法和措施已经纳入了行业和地方标准DB11/1003-2013装配式剪力墙结构设计规程、JGJ1-2014装配式混凝土结构技术规程

　　(2) 装配整体式剪力墙结构的技术发展还需要在如何满足住宅建筑设计多样性等方面继续努力。

　　(3) 为了提高生产和施工建造效率，设计过程中需重点关注预制构件的标准化、通用化。

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