装配整体式剪力墙结构住宅设计

杨喜梅（上海宝冶集团有限公司建筑设计研究院，上海 200941)

1 项目概况

建设地点：11011 街道 0006 街坊 P 1 宗地，南邻锦秋路，东临瑞丰路，北侧为社区服务中心，西侧为经济适用房小区。

工程名称：宝山区大场镇祁连社区 W 121601 单元 A 03-04 地块动迁安置房项目。

本工程由 3 栋 18 层高层住宅、1 栋 11 层住宅、1 栋 4层共建配套、地下车库、PT/PK 型站及门卫等组成；用地性质为居住用地。总建筑面积：43 548.55 m2，其中地上建筑面积 36 681.0 m2，地下建筑面积 6 867.55 m2，地下车库面积为 5 202.37m2。除地下车库、PT/PK 型站及门卫之外的单体均采用 PC（precast concrete）结构。

2 结构概况

本工程建筑设计耐久年限 50年；18 层住宅为一类高层，11 层住宅为二类高层，建筑抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度为 0.1 g，设计地震分组为第一组，场地类别为 Ⅳ 类。3 栋 18 层住宅和 1 栋 11 层住宅采用装配整体式剪力墙结构，1 栋配套共建采用装配整体式框架结构。本工程预制构件范围包括所有墙体（标高范围 5.730～52.130 m）、外梁（标高范围 8.630～52.130 m）、部分楼板、阳台、空调板、飘窗。预制率预计控制在40% 以上。住宅基础采用桩基础（PHC 管桩）；配套共建因邻近地铁，基础采用灌注桩。

3 本工程 1 号楼的结构设计

3.1 结构体系选择

结构体系的选择是实现 PC 结构的关键。目前 PC 住宅常用的结构体系有：预制剪力墙结构、叠合剪力墙结构、异形柱结构、框架结构（框架剪力墙结构）4 种结构型式。通过综合比较，本工程采用预制剪力墙结构。此结构体系的优点是室内规整，无外露的梁柱，比较能适应目前内地的住房消费习惯。缺点是：连接比较复杂；外墙为受力结构，与保温材料一起预制难度大。

3.2 结构计算参数选择

结构计算采用建研院的设计软件 PKPMV 3.1.4，此版本软件具有装配式结构的计算功能。结构体系选项可以选择装配整体式剪力墙结构，勾选此项就可以满足 JGJ 1— 2014《装配式混凝土结构技术规程》中的 8.1.1 要求。即：抗震设计时，对同一层内既有现浇墙肢也有预制墙肢的装配整体式剪力墙结构。现浇墙肢水平地震作用弯矩、剪力宜乘以≥1.1 的增大系数。否则在调整信息 2 中的全楼地震作用放大系数中放大各层地震效应系数。

混凝土自重问题：GB 50009 — 2012《建筑结构荷载规范》中混凝土自重为 24～25 kN/m3，无机保温砂浆双面抹灰 20 mm 厚(0.040×17/0.2=3.4 kN/m3)。这样墙自重取24+3.4 = 27.4 kN/m3。

周期折减系数：JGJ 3 — 2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中 4.3.17 规定剪力墙结构可取 0.8～1.0。本工程根据预制外墙和主体结构的连接形式，确定周期折减系数为0.9。

连梁刚度折减系数：JGJ 3 — 2010 中 5.2.1 规定，高层结构地震作用效应计算时，可对剪力墙连梁刚度予以折减，折减系数≥ 0.5。本工程折减系数采用 0.6。

3.3 针对本工程的计算考虑

为了剪力墙轴压比控制在 0.3 以内，减少剪力墙约束边缘构件，从而降低造价，故一、二层剪力墙采用 C 45 混凝土等级。

部分大空间楼板采用 130 mm 厚叠合板；电梯洞口周边现浇板加强采用 130 mm；其余现浇板采用 100 mm 或 110 mm。本工程采用 70 mm 预制 +60 mm 现浇，预制楼板通过粗糙面及桁架钢筋与现浇部分连为整体共同受力。梁刚度按 T 型截面设计，板厚计算时取叠合板总厚度，梁端负弯矩调幅系数取 0.85，对梁配筋按计算面积并满足 PC 预制构件的要求：每层配 2 根钢筋，可采用 2/2 的方式，同一构件钢筋数量固定，可调整钢筋直径；本工程梁的配筋基本能满足PC 预制的要求，一般现浇的情况下配 2 根或 3 根钢筋。为满足 PC 预制，3 根的调整成 4 根，比如 3 根 16 mm（面积603 mm2）可以修改为 4 根 14 mm（面积 616 mm2），面积增加不多。

图1 是 1 号楼为标准层的左侧平面图（右侧与左侧同），因为飘窗和空调板的布置不居中，致使结构计算南面房间角部的墙体配筋面积偏大。如果窗户居中，对结构方案合理，受力均匀；窗户居中和不居中 2 层墙配筋面积见图2和图3。

图1 左侧标准层平面图

图2 局部墙配筋平面图（窗户居中）

图3 局部墙配筋平面图（窗户不居中）

图2 是窗户居中的墙配筋面积，最大面积 18 cm2，墙长度为 1 100 mm，可以在 200 mm×1 100 mm 面积内配 18 cm2的钢筋，图3 是窗户不居中，长肢端配筋没有问题，短肢端长度＜800 mm，要按柱配筋，采用并筋的形式才能满足受力要求。

因为是装配整体式剪力墙结构，所以墙的配筋也要满足预制构件的要求。详图深化设计单位对墙配筋的要求是：①预制约束（构造）边缘构件不应采用并筋形式；②200 mm厚墙体布置 2 排钢筋；③同一墙段竖向钢筋仅变直径，钢筋根数和间距不变，且变更直径是相邻一层递增或递减，以减小套筒成本。为满足甲方对飘窗和空调板的要求，现结构方案按窗户不居中布置，按目前的计算结果，钢筋如何配筋能满足规范和设计要求，又能满足 PC 预制剪力墙的要求，是一个难题。单从结构设计的概念出发，采取窗户居中的设计方案合理些。

图4 带洞口墙体实体图

剪力墙（套筒在上，插筋在下，见图4），因为钢筋要插到套筒里面，套筒和套筒之间要有一定静距要求，而 200 mm 的墙体只能放 2 根钢筋，所以以上采用并筋形式不能满足 PC 预制剪力墙的要求。由此可见，装配整体式剪力墙结构的设计是一个综合的设计过程，需要甲方、设计、施工、详图深化、构件厂等几方共同配合，才能做到既能满足功能要求，也能结构合理，配筋适当，尽量不出现短肢墙，才能满足 PC 预制等各方要求。

根据 JGJ 1 — 2014 中 8.3.1.1 条，当接缝位于纵横墙交界处的约束边缘构件区域时，约束边缘构件的阴影区域宜全部采用后浇混凝土，并应在后浇段内设置封闭箍筋。

对装配式结构，PC 详图设计同样须满足规范要求。对构件深化图的审核，原则上需要设计单位、施工单位、加工单位三方面审核。设计单位主要审核内容为构件的截面、配筋及节点做法是否满足设计需要。构件深化图复杂之处是需要与施工、加工、部件采购相联系，需要互相配合提资互相审核。需要业主、设计、施工、加工厂 4 个方面单位配合，业主主要需要确定前期的建筑设计方案，材料采购，主要是保温材料、连接件等材料的采购及选型。与现浇结构相比，增加了很多环节，增加了很多部分相互配合的地方。

地下室顶板作为上部结构的嵌固端，地下室顶板厚度取180 mm，双层双向配筋，同时满足地下室结构的楼层侧向刚度大于结构地上一层的楼层侧向刚度的 1.5 倍。

3.4 工程节点构造

本工程楼梯三层以上全部采用预制，预制节点按国家标准图集 15 G 367—1《预制钢筋混凝土板式楼梯》标准节点做法。实际施工时可以根据图纸选用改图集，且根据图集要求，在预制楼梯板施工前，应根据设计要求和施工方案进行必要是施工验算。

本工程所有阳台全部采用预制阳台，预制阳台负筋延伸至楼板内至少 (40～50)×d(直径)，阳台底板钢筋延伸至楼板内至少 38×d(直径) 以上，与板通长钢筋焊接，整体浇筑。对悬挑构件，严格控制裂缝和挠度，适当加大配筋。施工时阳台板下设置支撑。

本工程所有空调板均采用预制，连接节点见图5。

预制钢筋混凝土空调板示意图

4 结 语

（1）建筑设计应重视平面、立面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经济合理性的影响，宜择优选用规则的形体，其抗侧力构件的平面布置宜规则对称，侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免侧向刚度和承载力突变。

（2）整体计算采用和现浇结构相同的方法，另外考虑到装配整体式剪力墙结构的特点，须满足现浇结构的规范以外，尚应满足JGJ1—2014的相关规定。设计中力求设计模型符合实际结构的受力情况。

（3）装配整体式剪力墙结构体系，所有墙体、梁、楼板、楼梯、阳台、空调板、飘窗、女儿墙等构件均可采用工厂化加工的标准预制构件，根据预制装配式住宅的生产和加工条件，采用部分预制、部分现浇、节点现浇的建设方法。

（4）装配整体式剪力墙结构设计上尽量做到符合抗震概念设计，遵循：“强剪弱弯，强连接弱构件，节点更强”的原则。重视连接和节点，保证结构的整体稳定性。

（5）从本次设计反映出的问题上，今后更应该加强甲方、设计、PC 深化、构件厂、施工单位等各方的协调，从而使建筑方案能满足使用功能、节能、保温、规划等要求外，应保证结构方案更合理，保证 PC 预制构件能够顺利实施，使 PC 构件的规格尽量少，从而减少模板，降低造价，实现 PC 工程的整体效益。