髙预制率装配整体式剪力墙结构技术研究——以上海某高层住宅为例

曾 盛 郭天祥

(厦门上城建筑设计有限公司 福建厦门 361012)

0 引言

闽建〔2015〕6号《福建省工业化建筑认定管理(试行)办法》[6]要求福建省内无特殊要求的县、市预制装配式混凝土结构的单体建筑预制率应不低于15%。根据福建地区项目经验，高层剪力墙住宅装配式混凝土结构的预制构件采用预制叠合板、预制楼梯、预制叠合梁等水平构件即可满足预制率15.0%的要求。2016年2月6日，国务院发布的《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》和国办发〔2016〕71号文件《关于大力发展装配式建筑的指导意见》均指出要大力推广装配式建筑。对我国建筑工业化水平提出要求，提高预制率成为我国建筑业发展必然趋势。但是，当预制率达到20.0%以上时，仅采用水平构件已无法满足新时代建筑预制率要求。

基于此，本文就上海某高预制率高层住宅项目装配式拆分、深化设计以及若干施工技术要点进行介绍，以期为同类高预制率项目提供参考。

1 工程概况

根据沪府办〔2013〕52号文、沪建管联〔2014〕901号等政策及土地出让合同要求，该项目要求实施装配式建筑，地上计容面积不小于50%实施装配式建筑(其中住宅100%实施)；单体预制率不小于30%；住宅采用预制外墙面积占总外墙面积不小于50% (商业及办公建筑方案采用幕墙体系时，商业与办公楼可不满足外墙面积比要求)，如表1所示。

表1 项目装配式建造预制率及预制外墙面积比情况

该项目地上计容建筑面积80 710m2，选定6#～7#楼、Al#～A8#楼、3#楼、1#～2#楼连接体实施预制装配式建筑(图1)，满足土地出让合同中实施装配式建筑的面积比例要求。

图1 上海某项目采用装配式建造情况

本文以6#～7#楼高层住宅装配整体式剪力墙结构设计为例，对其设计进行简要介绍。

2 装配式结构拆分设计

6#～7#楼共24层，建筑高度75.75m,其装配式住宅设计采用建筑标准化、系列化设计方法，采用少规格、多组合的原则，做到基本单元、连接构造、构件、配件及设备管线通用化。严格按照建筑模数制进行设计，为工业化住宅部品构件尺寸协调、互换通用创造条件，便于工厂化统一加工[2][7]。

剪力墙结构底部加强区为剪力墙的塑性铰发展区域且底部剪力墙墙厚较厚不便于标准化，该项目预制剪力墙设置于墙厚一致的8～24层。考虑屋面板防水要求及抵抗温度应力的不利影响，加强建筑物顶部的约束能力，提高其抗风、抗震能力，屋面板采用现浇梁板结构。

6#～7#楼采用的预制构件为预制外墙板(PCQ)、预制剪力墙(PCJQ)、预制楼梯(PCLT)、预制阳台(PCYT)、预制叠合板(PCB)，外墙保温采用外保温，预制构件的分布情况如表2所示。预制率为35.20%,预制外墙面积比为54.6%，满足沪府办〔2013〕52号文、沪建管联〔2014〕901号等相关要求。拆分方案如图2所示。

表2 6#～7#楼各层预制构件分布表

图2 6#～7#楼预制构件平面布置图

3 预制外墙板深化设计

预制外墙板采用嵌入式设计，结构与主体结构采用弱连接，减少窗下墙及窗间墙对主体结构刚度的影响。竖向墙板底部采用限位钢筋与螺纹盲孔灌浆连接，竖向墙板底部无钢筋处采用预埋波纹管灌浆连接；竖向墙板顶部叠合梁与墙板整体预制；墙板水平向采用内埋式螺母+拉结筋与主体连接，并于梁下墙板侧面居中位置预留凹槽，内塞泡沫板，减少其对主体结构的影响。墙板顶部与叠合梁整体预制、墙板侧面采用拉结筋与主体连接共同承受墙体水平荷载，防止填充墙脱离主体，如图3～图5所示。

图3 预制外墙板构件详图

(a)竖向无钢筋处 (b)竖向设置限位钢筋处图4 非受力预制墙板竖向连接节点

4 预制剪力墙深化设计

预制剪力墙，选取剪力墙墙身作为预制构件，边缘构件采用现浇。构件形状简单，出筋较少，便于工厂加工制作、现场安装。预制剪力墙竖向采用灌浆套筒连接，水平向与边缘构件整体浇筑(图8)。预制剪力墙竖向接缝，压力通过灌浆料直接传递，拉力由连接筋传递，剪力由结合面的粘结强度、粗糙面、钢筋抗剪作用共同承担。

竖向连接时，灌浆套筒设置于预制剪力墙的底部，灌浆套筒上设置伸至预制剪力墙表面的注浆孔、出浆孔，注浆孔、出浆孔均设置于便于施工的一侧。预制剪力墙与现浇层之间设置20mm高水平缝。灌浆前，水平缝由无收缩砂浆两侧封堵，形成竖向接缝的空腔。空腔应在本楼层施工完毕后，使用专用灌浆料浇灌密实，如图6～图7所示。

图6 预制剪力墙构件详图

图7 预制剪力墙竖向连接节点

图8 预制剪力墙与现浇边缘构件连接节点

5 预制叠合板深化设计

根据规范对楼盖的要求，作为上部结构嵌固部位的地下室楼层、屋面层、结构转换层、平面复杂或开洞较大的楼层不宜采用叠合楼盖[1][5]，其他部位原则上均可采用叠合楼盖。考虑防水及预埋管线要求，该项目卫生间、厨房、阳台板及楼梯前室等公共区域均采用现浇楼板。

当预制板间为分离式接缝时，按单向板设计。长宽比不大于3的四边支承叠合板，当预制板采用整体式接缝或不接缝时，按双向板设计图(图9)[1][7]。

(a)单向叠合板 (b)带接缝的双向叠合板 (c)无接缝双向叠合板注：1-预制板；2-梁或墙；3-板侧分离式接缝；4-板侧整体式接缝图9 叠合板的预制板布置形式示意

预制叠合板拆分时，在板的次要受力方向拆分，板缝垂直于板的长边；在板的受力较小的部位分缝；板的宽度(含出筋长度)满足运输宽度要求和构件厂生产模台宽度的限制；尽可能统一或减少板的规格；板缝交接处避开灯具、接线盒或吊扇位置。

分离式接缝单向叠合板板侧不出筋便于生产，施工现场采用密缝做法可节省现浇带模板，便于现场施工，但存在后期板缝不平整及开裂的风险。该项目预制叠合板采用整体式接缝(设现浇带连接)做法(图10)。

图10 预制叠合板构件详图

6 预制楼梯深化设计

图11 预制楼梯构件详图

如图11～图13所示，该项目预制楼梯采用上端固定铰接于梯梁挑耳，下端滑动支承于梯梁挑耳上，基本消除了地震作用下梯板对主体结构受力和刚度的影响，结构传力清晰，计算结果可靠。预制楼梯预制时两端不出筋，楼梯制作、运输、吊装、就位方便快捷。

图12 预制楼梯固定铰接节点

图13 预制楼梯滑动铰接节点

图14 预制阳台构件详图

7 预制阳台深化设计

6#～7#楼阳台1.5m×2.6m，构件尺寸较小，约3.29t，设置为挑梁式全预制阳台，梁、板截面上伸出钢筋,钢筋锚入现浇混凝土连接固定(图14)[4]。根据防雷要求，6#～7#楼二十一层及以上预制阳台预埋防侧击雷装置。

8 装配式施工技术要点

8.1 PC构件吊装次序与PC楼层施工工序

PC构件吊装总体原则，是以每个单元平面端头第一块起始点按水平连接顺序依次吊装，吊装完成后进行加固流水作业(图15)。楼层模板、排架搭设完工后安装阳台、叠合楼板。

图15 6#～7#楼PC构件吊装顺序

8.2 现浇层与预制层转换钢筋的预埋

根据预制墙板套筒的位置、间距设置预埋钢筋，预埋钢筋设置木套板固定。为防止混凝土浇筑的不利影响，纵向横向均设置套板，且预埋钢筋下部和结构钢筋焊接，保证预埋钢筋的精度要求。

8.3 塔吊选型

6#～7#楼预制构件最重约5.9t(预制楼梯)，考虑到吊装半径及施工进度，采用TC7035型塔吊吊装，单体设置一个堆场，大构件堆放靠近塔吊，小构件堆放稍微远离塔吊，构件堆场按照左右构件堆放，并做好标记，方便吊装[3]。

8.4 灌浆套筒注浆施工注意事项

(1)套筒和钢筋宜配套使用，连接钢筋型号可比套筒型号小一级，套筒安装时，采用橡胶环和螺杆将其固定在底模上，与套筒连接的注浆管需定位准确、安装稳定，以防止漏浆。

(2)灌浆料采用超高强无收缩钢筋连接用灌浆料，其主要性能指标：初始流动度、抗压强度、竖向膨胀率、氯离子含量、泌水率应符合相关规范的规定。灌浆前，对预制构件底部缝隙进行封闭；灌浆时，当灌浆压力达到1.0MPa，由套筒下方注浆口注入，套筒的出浆口或注浆口连续流出圆柱状浆液后，对其进行封堵；当出现无法出浆时，立即停止灌浆施工作业并查明原因以及时封堵，如图16～图20所示。

图16 PC楼层的施工工序

(3)预制构件吊装前，清除套筒内及预留钢筋上灰尘、泥浆及铁锈等，保持清洁干净。吊装前，将钢筋矫正就位，确保构件顺利拼装，钢筋在套筒内居中布置，尽量避免钢筋碰触、紧靠套筒内壁。

(4)吊装前检查、记录预留钢筋长度，确保吊装时钢筋伸入套筒的长度满足设计要求。坐浆界面清理干净，灌浆前浇水充分湿润，但不得残留明水。平稳、牢固拼装构件，灌浆时及灌浆后禁止在规定时间内扰动。

(5)丢弃未用完灌浆料，不得二次搅拌使用，灌浆料中严禁加入任何外加剂或外掺剂。

(a)纵横套板作用下预埋钢筋

(b)预埋钢筋下端与底筋焊接

(c)预埋钢筋效果图17 现浇层与预制层转换钢筋的预埋

图18 6#～7#楼塔吊及PC堆场设置

图19 灌浆套筒

图20 灌浆施工

(6)从一侧灌浆，灌浆时注意虑排除空气，二侧以上同时灌浆会窝住空气，形成空气夹层。

(7)将每个预制墙板下较大的灌浆区进行分仓，确保每个分仓可在灌浆料初凝前连续灌注完成，该工程要求3～4个套筒为一个仓格。

(8)从灌浆开始，用竹劈子疏导拌合物。这样，可以加快灌浆进度，促使拌合物流进模板内各个角落，灌浆过程中不准许使用振动器振捣，确保灌浆层匀质性。灌浆开始后，连续进行，不能间断，并尽可能缩短灌浆时间。在灌浆过程中发现已灌入的拌合物有浮水时，马上灌入较稠一些的拌合物，使其吃掉浮水。当有灌浆料从钢套管溢浆孔溢出时，用橡皮塞堵住溢浆孔，直至所有钢套管中灌满灌浆料，停止灌浆。

8.5 灌浆施工质量控制

(1)灌浆腔拍摄照片留存，照片须包含有效封堵图片、灌浆过程照片和灌浆成型后照片。

(2)灌浆施工过程中定时留存灌浆施工过程视屏。

(3)灌浆施工须有旁站监理在场时方可进行。

(4)填写《灌浆作业施工记录表》并由总包方及监理方签字。

(5)加强施工全过程的质量预控，密切配合好建设单位、监理和总包三方人员的检查和验收，及时做好相关操作记录。

(6)所有施工人员均需持有上岗许可证。

(7)首次灌浆施工后由总包方、监理方和灌浆队伍认真对整个灌浆过程进行讨论，根据三方最终讨论结果确定灌浆过程中的操作细节。

9 结论

装配整体式剪力墙结构高层住宅，预制率要求不小于30.0%、预制外墙面积比不小于50%时，可采用预制外墙板、预制剪力墙、预制楼梯、预制阳台、预制叠合楼板的拆分方案以满足装配要求。

为减少预制外墙对建筑面积的影响，预制外墙板可采用嵌入式设计，由于其对主体结构刚度的影响无法准确评估，建议与主体结构采用弱连接。预制剪力墙，建议拆分为平面构件，条件允许时，尽量选取剪力墙墙身为预制构件，形状简单、出筋少，生产、施工简便。叠合板拆分设计时，尺寸限制条件需考虑出筋长度，采用整体式接缝时，注意板底钢筋直径对接缝宽度的影响。预制楼梯建议采用不出筋做法，生产、施工简便。预制阳台可采用全预制阳台增加预制率，并应采取可靠的锚固措施。

装配式建筑施工时应注意预制构件穿插施工的影响，前期应编制装配式建筑专项施工方案。做好现浇层与预制转换层的钢筋预埋工作、塔吊选型等。灌浆套筒注浆施工作为装配式建筑施工的关键点，施工过程中应规范施工工艺、采取注浆全过程质量控制措施保证其施工质量。