装配式剪力墙结构设计及拆分原则(最终版2015-11月)

装配式剪力墙结构及拆分原则(最终版2015-11月）中南大学土木工程学院庄伟设计：装配式结构最大的特点就是等同于现浇，由于装配式结构是由预制柱、预制剪力墙、叠合梁、叠合板、预制楼梯、预制阳台等构成，构件在进行计算时，调整系数与传统结构有细微的差别。装配式结构在进行结构布置时，为了减少装配的数量及减小装配中的施工难度，往往不设置次梁。在进行梁柱等构件布置时，应提前知道工厂生产设备生产构件截面尺寸的边界条件，否则设计的构件无法生产。在进行剪力墙布置时，墙的布置应尽量去方便工艺拆分。板的传力模式应根据产业化公司板的类型确定，如果采用双向叠合板，则可以不改变受力模式，如果采用单向预应力叠合板或者单向预应力空心板，则应把板的受力模式改为对边传到，单向传力。楼板的配筋，在非主要受力方向，应该进行包络设计（构造+现浇厚度双向板该方向计算）。装配式结构用PKPM等软件进行计算时，周期折减系数梁刚度增大扭矩折减系数等与传统设计有细微的差别，在设计中应认真对待。装配式结构在绘制施工图时，应尽量减少柱或者剪力墙边缘构件中的套筒个数，节省造价。装配式剪力墙结构中剪力墙进行布置时，除了按传统剪力墙结构中的思维去布置剪力墙外，还应注意如下要点：（1）在对剪力墙结构进行布置时，多布置L、T型剪力墙，少在L、T型剪力墙中再加翼缘，特别是外墙，否则拆墙时被拆分的很零散。（2）剪力墙结构中翼缘长度，有两种不同的思路：第一种是，对于L型外墙翼缘长度一般≦600mm，T型翼缘分长度一般≤1000mm（防止边缘构件现浇长度太长而在浇筑中出现问题），在门窗处留出≥200mm的门垛，如图1所示。图1注：1、1800mm为窗宽，200mm为留出的窗垛（方便拆分），1000mm为翼缘长度；2、箭头处在层高方向，只有梁与现浇边缘构件钢筋进行锚固，在其下的200mm窗垛与现浇边缘构件之间没有钢筋连接，只有预制混凝土与现浇混凝土相连，咬合力不是很好，在地震作用时是薄弱部位，不会与边缘构件形成整体一起受力，不应有安全问题。3、当窗垛≥600mm时，可以做空心外隔墙，也能与现浇边缘构件在交接处形成薄弱部位，不会与边缘构件形成整体一起受力，不应有安全问题。4、装配式规范约束边缘构件部位宜现浇，且窗户一般应带≥200的垛，所以留出200mm的混凝土垛也是出于此方面考虑。第二种是，对于L型外墙翼缘长度可≥600mm，T型翼缘分长度可≥1000mm，翼缘端部顶着窗户，如图1-2所示。图2剪力墙布置（2）注：1、1800mm为窗宽，1400mm为翼缘长度，其中600mm为现浇，400mm为预制；2、梁带外隔墙（含窗户）与400mm剪力墙一起预制，再把钢筋锚入600mm现浇混凝土中；3、箭头处在层高方向，与400mm预制边缘构件整体相连，由于开了很大的窗洞，在箭头处是薄弱部位（地震作用时），不会与边缘构件形成整体一起受力，不应有安全问题。（3）剪力墙与带梁隔墙的连接，主要是满足梁的锚固长度，在平面内一般不会出现问题，因为往往暗柱留有400mm现浇（200厚墙）或者与暗柱一起预制；一字型剪力墙平面外一侧伸出的墙垛一般可取100mm（可能出现套筒个数太多，不好安装。无论在剪力墙平面内还是平面外，门垛或者窗垛≥200mm或者为0mm。当梁钢筋锚固采用锚板的形式时，梁纵筋应≤14mm（200厚剪力墙）。(4)有时候梁带墙一起预制，起重质量过大，不得不把剪力墙的长度加大；（5）有时候，门跺部位预制构件长度太短，可以让其与剪力墙一起预制，加大剪力墙长度；(6）剪力墙结构中梁无论现浇预制，面筋一般一排2根钢筋，最多做2排(现浇时，从理论上面筋可以放三根18，但施工时无法浇筑混凝土）。(7)电井旁边管线较多时，现浇部分厚度一般60~80mm，以80mm居多。(8)尽量将柱子的截面尺寸一样，模具不变，根数相同，直径不相同。剪力墙与连梁也是一样，根数一样，直径不一样，侧模不变。(9)板跨6m以上用预应力，效果比较好，才比较经济，主要是挠度。所以一棟房屋中，建议采用双向叠合板（桁架钢筋）+单项预应力叠合板，这样一般比较经济。墙拆分：装配整体式剪力墙结构中墙的拆分方法有很多，常规拆分方法如（1）~（6）所示，但也存在不少问题，本文分为三部分：第一部分为：墙常规拆分方法、第二部分为：问题与解决问题的拆分方法、�������� （1）对于装配式剪力墙结构，L、T形等外部或内部剪力墙中墙身长度≥1000mm时，墙身（非阴影部分）一般预制，但其边缘构件处现浇（图1~图5中阴影部位）。外隔墙（带梁）一般为预制，如图3所示。图3剪力墙工艺设计（1）注1：边缘构件现浇，基于以下因素设计：第一是受力的角度，边缘构件为重要受力部位，应该现浇；第二，边缘构件两端一般为梁的支座，梁钢筋在此部位锚固，应该做成现浇。2预制外墙比较短且全部都开窗或者门洞时，预制外墙可以与相邻剪力墙的边缘构件（暗柱）一起预制，将现浇部位向内移。3如果预制长度太短，在满足起吊总重量的前提下，该范围的剪力墙可以与边缘构件及外隔墙带梁一起预制，减少装配构件的个数。（2）L、T形等形状的外部或内部剪力墙中暗柱长度范围内平面外没有与之垂直相交的梁时，如果满足起吊重量，此暗柱与相邻的外隔墙（带梁）、墙身进行预制，如图4所示。图4剪力墙工艺设计（2）（3）外隔墙或内隔墙垂直方向一侧有剪力墙与之垂直相交时，如果满足起吊重量，可将隔墙连成一块，方便吊装与施工，与剪力墙的连接如图5所示。图5剪力墙工艺设计（3）（4）现场装配的外部剪力墙设计时，图6中暗柱区域现浇，此时尚存200mm长度的施工空间，现场施工困难，可采用图7中的设计方法。图6剪力墙工艺设计（4）图7剪力墙工艺设计（5）（5）电梯井、楼梯处的剪力墙宜现浇。（6）剪力墙与带梁隔墙的连接，主要是满足梁的锚固长度，在平面内一般不会出现问题，因为往往暗柱留有400mm现浇（200厚墙）或者与暗柱一起预制；一字型剪力墙平面外一侧伸出的墙垛一般可取100mm，门垛≥200m，整体预制时可为0。无论在剪力墙平面内还是平面外，门垛或者窗垛≥200mm或者为0（留刀把）。当梁钢筋锚固采用锚板的形式时，梁纵筋应≤14mm（200厚剪力墙，平面外）。需要注意的是，现浇暗柱的位置可以在图集规定的位置附近转移。��� ���� ����� （1）图8中，梁带隔墙中的外隔墙会直接传力给下一层梁，并逐渐累加至以下几层，实际受力与计算模型不符合，本工程在重新进行拆分时，将400mm长现浇部分转移，剪力墙下面隔一定间距布置20mm厚垫块，梁带隔墙下不布置，很好的解决了以上问题，如图9所示。图8图9（2）图10中楼梯间外墙采用现浇时，会导致施工周期延长，成本增加等，本工程在重新进行设计时，加大楼梯间相邻板厚，让预制楼梯梯段两侧的剪力墙全部为预制，很好的解决了以上问题，拆墙方法如图11所示。�10图11注：图中虚线为预制梯段板范围。(3)预制化率不高《装配式混凝土结构技术规程》中规定构造边缘构件可以采用“预制+构造”的施工方法，经相关的研究，把“XX技术”应用到构造边缘构件中，通过在预制剪力墙上开缺，能提高结构预制化率，采用新的拆墙工艺设计原则后，墙拆如图9、图11~~图13所示。图12注：1图中现浇长度为700mm，是因为现浇段附近（预制部分）有垂直相交的梁带隔墙，为了让隔墙不留缝，人为加长了现浇段；2现浇段长度，有的产业化公司为了方便施工，取500mm，而不取400mm。图13注：边缘构件上开缺，用现浇混凝土与叠合梁进行连接。板拆分剪力墙结构中板拆分��������������������14���图14��������拆板原则根据供应商提供的数据，板最大宽度只能做到2400mm，且本工程板厚≦140mm，尽量做成130mm。根据计算，当叠合板厚度取130mm（70预制+60现浇），预应力筋采用4.8mm螺旋肋钢丝时，板最大长度一般不应超过4800mm；由于该剪力墙结构中很少有次梁，基本上为大开间板且左右及上下板块之间具有对成型，出如下拆板原则：（1）当板短边a=2400~4800，长边b=a~8000mm，一般以长边为支座比较经济，板在安全的前提下，让力流的传递途径短，这样比较节省。在拆分时，由于剪力墙结构中除了走廊，其它开间很少有>8000mm，所以一般每块板的宽度可为：b/2或b/3，在满足板宽≦2400时尽量让板块更少；如图15所示。图15板拆分（1）（2）当板短边长在1200mm~2400mm，长边很长时，则可以以长边为支座，预应力筋沿着板长跨方向，但不伸入梁中，板受力钢筋沿着短方向布置。如图16所示。图16板拆分（2）（3）当短边尺寸≦2400mm，长边尺寸≦4800mm时，此时可以布置一块单独的单向预应力板，但板四周都是梁时，可以以长边为支座，让力流的传递途径短，这样比较节省，如图17所示。当四周支座有剪力墙与梁时，应该让支座尽量为剪力墙，这样传力直接，能增加结构的安全性，如图18所示。图17板拆分（3）图18板拆分（4）（4）拆分板时，尽量避免隔墙在板拼装缝处。在实际工程中，当允许板厚（预制+现浇）可以做到160~180mm时，在板宽≦2400mm时，板的最大跨度可以做到7.0m左右(板连续），此处拆板原则会与以上原则有很大的不同，一般可以以“短边”为支座，能减小拆分板的个数，减小生产、运输及装配时的成本。不同的产业化公司有不同的拆板原则，某产业化公司拆板时，以2400mm与1100mm宽的单向预应力叠合板为模数，外加宽度为2000mm左右1~2种机动板宽，�!"#$��%&'200mm(300mm)*+,-).�/'130mm~180mm)01234567.2m7�#89:);��<;=>?@��<;AB14C)�D?EF'GH)0I�J KLMNOPQRSTUVWXY)*+���<;�Z)�[���\]^_`�ab71cd:1.两个垂直相交次梁拆分时，一般一级次梁现浇。如果采用该梁垂直部分预留后浇段，则需要预留套筒或者甩钢筋，一般不用后者，除非预制次梁跨度较大。2.拆分时，传力是否与计算假定相符合，少出现连续传力或者传力说不清的情况。3.空调板上不适宜有预制墙，可以采用百叶，4.板跨度大于4.5m时，重点算挠度和裂缝；5.磨具大小应该比设计时小2~3mm；6.脱模时强度应≥15N/mm2，出货日强度应≥30N/mm2；7.柱子比较密时，允许现浇；8.板搭接长度宜取10mm，考虑制作误差；9.与电梯井相邻的梁，一般可以不做，用厚板传递水平力（做虚梁）；10.楼梯间在梯梁位置一般向外移300；11.当拆外墙时，如果某些部位外隔墙要留出20mm的缝，可以做叠合梁，隔墙用砖墙砌筑，具体的情况应具体分析，而不应纯粹为了追求预制化率，造成使用上的不便，受力不明确及浪费；12.装配式结构中，梁带隔墙在小震作用下受力模型很不明确，可能刚度很大。加上上一层的梁带隔墙，隔墙下会灌浆，相同的材料亲且没有采用弱连接，又形成整体，受力很不明确。13.PC化有两个技术关键：一是构件连接的等效原则；二是构件拆分的协调原则。等效原则：PC化建筑的结构设计与现浇建筑没有原则上的区别，一般情况下是按照现浇钢筋混凝土设计好后再进行拆分，关键技术是在哪里拆分，拆分后的构件怎样连接，PC化的结构效应必须与现浇的结构效应相等。协调原则：PC化建筑的拆分不仅仅要考虑结构上的要求，还要考虑建筑的要求、制作、运输和安装条件以及其他环节的要求。14.建筑应进行模块化，方便拆分墙与板。15.外墙一般做外页板+保温，外墙如果预制，则内部的剪力墙长度不长时，应现浇。