框架剪力墙结构体系在预制装配式建筑中的应用研究

上海城建市政工程（集团）有限公司 上海 200065

1 问题的提出及研究背景

预制混凝土框架剪力墙结构是预制混凝土结构中的一种重要结构型式，它是将预制混凝土柱、预制梁，以及墙体在工厂加工制作后运至施工现场，通过预埋件、预留孔道灌浆、机械钢套筒连接或现浇混凝土等方法装配形成整体的混凝土结构形式[1-3]。已有研究表明，墙体水平和竖向连接是影响预制混凝土剪力墙受力性能的关键受力部位，其性能将直接影响预制混凝土框架剪力墙整体结构的受力性能。

鉴于此，上海城建市政工程（集团）有限公司根据上海市政府关于大力发展预制装配式建筑产业的构想，在总结多年研究成果的基础上，开发了一种适用于预制混凝土框架结构的，安全可靠、构造简单、施工方便的新型预制混凝土框架结构体系方案。本文即以代表——上海闵行区浦江镇瑞和新城05-02地块为研究背景，着重从KT板（预制楼板）、叠合梁（预制梁）、叠合阳台板（预制阳台）、预制柱、预制墙板、预制楼梯等构件方面介绍预制混凝土框架结构体系的施工技术。

上海浦江镇瑞和新城05-02地块建筑面积为51 460 m2，由4 幢18 层和1 幢14 层的高层住宅组成，全部为预制装配式住宅，采用框架结构的结构体系（图1）。

图1 上海浦江镇瑞和新城部分建筑外观

2 预制混凝土构件储存与吊装

本次依托的项目为预制混凝土框架剪力墙结构，其中框架柱、楼板、框架梁、阳台板均为预制结构，剪力墙、楼梯为部分现浇结构。

2.1 预制混凝土构件储存

2.1.1 预制混凝土构件的进场验收

（a）预制混凝土构件的进场堆放完成后要进行预制混凝土构件的验收工作，验收内容包括构件的外观、尺寸、预埋件、特殊部位处理等方面。检查频率为100%。

（b）运输车辆运抵现场卸货前要进行预制混凝土构件质量检查。对特殊形状的构件或特别要注意的构件要放置在专用台架上认真进行检查。

（c）预制混凝土构件验收时如果发现运输时产生影响结构、防水和外观的裂缝、破损、变形等状况时，与工程监理评估能否继续使用这些构件。

（d）通过目测对全部构件进行接收检查时的主要检查项目如下：

构件名称，构件编号，生产日期，构件上的预埋件位置、数量，构件裂缝、破损、变形等情况，后期零部件，从构件突出的钢筋等状况。

2.1.2 临时堆放

构件临时堆放时主要防止外力造成倾倒或落下，并采取保护措施保证构件不会发生变形。

（a）立柱堆放。立柱堆置时，高度不宜超过2 层，且高度不宜超过2.0 m。且须于两端0.2L～0.25L（L指预制混凝土构件长度，不包括出筋长度）间垫上木头，若立柱有装饰石材时，预制混凝土构件与木头连接处还需采用塑料垫块进行支承[4]。上层立柱起吊前仍须水平平移至地面上，方可起吊，不可直接于上层就起吊。

（b）大小梁堆放（图2）。大小梁堆置时，高度不宜超过2 层，且高度不宜超过2.0 m，实心梁须于两端0.2L～0.25L（L为梁的长度，不包括出筋长度）间垫上木头，若为薄壳梁则须将木头垫于实心处，不可让薄壳端受力。

图2 预制梁堆置

（c）KT板堆放（图3）。KT板不可超过5 片高[5]，堆置时于两端0.2L～0.25L（L为梁的长度，不包括出筋长度）间垫上木头，且地坪必须坚硬，板片堆置不可倾斜。预制板的堆放可以叠层堆放，但叠层数应小于5 层。层与层之间通过枕木隔开，但枕木放置的位置要上下在一条垂直线上。其中最下层板与枕木之间须用塑胶垫片隔开，以避免地面的水渍通过枕木吸收后污染构件表面。

图3 KT板堆放

（d）外墙板堆放。墙板平放时不应超过3 层，每层支点亦须于两端0.2L～0.25L间，且需保持上下支点位于同一线上；如果施工现场空间有限，可采用钢支架将预制外墙板立放，但须加安全塑料绳固定，放置时板材外饰面朝外，墙板搁支尽量避免与刚性支架直接接触，可用一枕木或者软性垫片加以隔开，避免碰坏墙板，并将墙板底部垫枕木或者软性的垫片。

（e）楼梯或阳台堆放。楼梯或异型构件若须堆置2 层时，必须考虑支撑是否会不稳，且不可堆置过高，必要时应设计堆置工作架以保障堆置安全。

2.2 预制混凝土构件吊装流程

预制柱吊装工程→预制柱节点采用无收缩水泥灌浆→预制墙板吊装工程→现浇剪力墙柱钢筋工程→现浇剪力墙柱模板工程→预制主梁吊装工程→预制次梁吊装工程→预制板吊装工程→预制阳台板吊装工程→梁板现浇部分钢筋工程→混凝土浇筑工程。最优化标准层工期为9 d。

3 预制混凝土结构高精度测量及连接技术

3.1 高精度GPS测量系统应用

高层建筑的平面控制点基准的传递，一般常规采用方法有吊线锤铅直投点法、经纬仪交会投测法、激光垂准仪投点法和精密天顶仪或天底仪投点法等；高程基准传递采用的方法有吊钢尺法、全站仪三角高程法、全站仪天顶测距法等。

GPS静态相对定位采用载波相位观测为基本观测量，将GPS接收机固定架设在待测点位上，任意2 台GPS接收机同步观测同一组卫星从而构成基线。GPS静态相对定位通过一定时间（≥30 min）观测数据准确确定整周模糊度，采用不同载波相位观测量的线性组合，有效地消除或者减弱卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及电离层和对流层的折射误差等，提高了定位精度[6]。这一定位方法是当前GNSS定位中精度最高的一种方法，在精度要求较高的测量工作中，均采用这种方法，该法也被称为经典静态相对定位法。为了增强几何强度，改善定位精度，通常采用多台GNSS接收机同步观测，使每2 台单独测定的基线向量联结成三角形向量网，可以检核和控制多种误差对观测量的影响，从而在提高定位精度的同时，也保证了数据处理结果准确性的置信度。

在超高层建筑中，常规方法需要各楼层间预留基准传递投点用的通视孔，也存在不同楼层间传递误差累计，而GPS定位技术作为先进的新技术，有一定优越性，其定位精度高、速度快，全天候，无需点间通视，并且误差不积累，可同时提供平面和高程的三维坐标信息。因此本PC项目采用GPS静态相对定位法，用于高层的平面和高程基准传递。

3.1.1 GS15测量基线精度

用徕卡Viva GS15 GNSS双频接收机做静态测量时能够达到很高的精度，标称精度达3 mm+0.5 ppm，则静态测量基线的中误差可按照GPS基线向量的弦长精度公式计算：

式中：a——固定误差，单位为mm；

b——比例误差；

S——基线距离，单位为km。

本项目各点间平均距离在0.5 km左右，所以基线精度为：

3.1.2 实际施测情况

对本项目前期5 幢楼的外围控制点布设如图4所示。GPS1、GPS2、GPS3、GPS4为平面控制点，埋设固定观测墩，由更高一级的控制点按照GPS规范的D级要求进行观测；BM1、BM2、BM3是高程控制点，采用中误差为±3 mm/km的徕卡DNA03电子水准仪按照三等水准测量规范，获得高程值。分别作为楼层施工时的平面和高程传递的起算数据。

图4 PC项目控制点分布

将上述平面控制点和高程控制点进行一次GPS静态联测，保留观测数据。在后期每次引测基准数据到楼顶时，只需要将4 台GNSS接收机分别架设在如GPS1、GPS2以及楼顶的GPSA、GPSB这4 个点上同步观测一个时段，见图5。

图5 楼层基准点与控制点联测

将前期平面和高程控制点联测GPS观测数据和本次引测GPS观测数据同时导入LEICA Geo Office软件，统一进行基线解算，检核重复基线是否合格，然后进行无约束平差计算，最后采用徕卡独有的一步法方式进行基准投影坐标转换。

一步法中高程和平面点位的转换是分开进行计算的，在平面点位转换中，首先将WGS84地心坐标投影到临时的横轴墨卡托投影，然后通过平移、旋转和比例变换使之与计算的“真正的”投影相符合；高程转换则采用简单的一维高程拟合。该转换方法的已知点的高程误差和平面点位误差互不影响，并且高程已知点和平面已知的点可以不必是同一个点。

与常规测量相比，GPS测量系统的应用极大地提高了建筑测量的精度，也给施工提供了方便的计算方法。

3.2 预制混凝土构件连接技术

预制混凝土构件的连接主要采用以下4 种：焊接连接（钢板和钢板的连接、钢板和钢筋的连接以及钢筋和钢筋的连接采用焊接连接）、钢筋的机械式连接（预制柱的连接采用套筒灌浆续接）、现浇混凝土连接、砂浆连接（主次梁的连接采用结构砂浆连接）。

预制柱之间的连接采用套筒续接器连接，再灌注高强度无收缩水泥砂浆。采用套筒续接砂浆连接的钢筋，其屈服强度标准不应大于500 MPa，且抗拉强度标准值不应大于630 MPa。高强度无收缩水泥砂浆强度要达到80 MPa以上。

4 结语

从上海闵行区浦江镇瑞和新城经适房项目实施PC 结构的效果来看，解决了预制件竖向受力体系连接、现场施工控制和检验困难等问题，确保了竖向受力体系转预制后等同现浇；另外通过对梁、柱、楼板、楼梯及外墙板结构的工厂预制及现场拼装施工，可使整个建筑的预制率达到70%以上，提高了施工效率并达到了节能环保的目的。