预制装配式剪力墙住宅建筑的设计要点分析

郭旭静，越 淼，菅小东，姚春斌

（山西建投远大建筑工业股份有限公司，山西 太原 030100）

近年来，装配式建筑备受关注。2016年起，国务院及全国各地政府相继出台鼓励发展装配式建筑的政策文件；国家、行业及地方的装配式建筑技术标准密集颁布实施；以万科、碧桂园为代表的大型房地产企业强势进入装配式建筑领域，形成自己特有的技术体系；央视“厉害了我的国”也对此进行专题报道：装配式建筑，“积木”搭高楼，详细介绍了碧桂园建筑新技术——SSGF工业化建造体系，其四大核心理念是科技创新、安全共享、绿色可持续、优质高效。随着人们生活水平的逐步提高，建筑工作人员对现场工作条件有了更高的需求，不愿意再在恶劣的环境中作业，装配式建筑应运而生。

1 预制装配式混凝土建筑的结构体系及设计要点

1.1 常用的结构体系

装配式混凝土结构可归纳为三大类，即装配式框架结构体系、装配式剪力墙结构体系、装配式框架—剪力墙结构体系，实际的项目可根据工程的建筑高度、平面特点、所在地的设防烈度和抗震等级等来选择相应的结构体系。

装配式框架结构一般由预制柱、预制主次梁、叠合楼板、外挂墙板、预制楼梯等部件组成。其具有清晰明确的传力途径，能够灵活分割空间，提高装配效率，减少现场湿作业，是预制装配选择的最佳结构形式。装配式剪力墙结构是由预制墙板、叠合梁、叠合板组成的装配式结构，对具有固定使用功能的住宅建筑来说，其具有更好的适用性[1]。

1.2 预制装配式混凝土建筑设计参考流程

与传统的设计流程相比，装配式建筑的设计流程更复杂、更精细、更综合。其具体设计流程如图1所示，每个设计阶段的分析要点如下。

1.2.1 技术策划

在装配式建筑的设计中，对项目实施起到决定性作用的步骤为前期技术策划。建筑师和结构师应协同工作，结合建筑使用功能、PC工厂生产能力、施工现场安装要素等条件确定结构体系，制订合理的技术措施，为下一步的设计工作提供依据。

1.2.2 方案设计

平、立面设计需以技术策划为基础，在满足使用功能的前提下，遵循预制构件“少规格，多组合”的原则，通过模数协调提高模具的重复使用效率，实现建筑的模数化和标准化，并结合装配式建筑的特点，达到立面多样化与个性化的要求。

1.2.3 初步设计

在实际工作中，应结合各相关专业协同设计。在提前分析强、弱电管线的预留预埋、开关点位布置的前提下，同时进行经济评估，分析影响项目造价的要素，明确最终的技术方案。

1.2.4 施工图设计

在施工图设计阶段，要进一步深化、优化初步设计阶段的设计理念。各专业依据设备设施、装饰装修、PC工厂等上下游厂商提供的技术参数，完成易于操作、便于落地的预制构件大样图，做好相关的详图设计，重点是处理好节点防火、防水、隔声和系统的集成设计。

1.2.5 构件加工图设计

协同设计单位、生产单位、施工单位三方完成构件加工图设计工作。建立协同的工作机制，预制构件的设计应与PC工厂生产工艺、施工措施密切配合，并且利用BIM技术提高预制构件的设计完成度和精准度。预制构件加工图除了要精准反映部件的加工尺寸、类型、连接形式和预埋管线的定位之外，还需满足PC工厂生产、运输、现场装配施工等相关过程的安全与技术要求。

1.3 预制装配式剪力墙住宅建筑的设计要点

1.3.1 总图规划设计

在装配式剪力墙的住宅建筑总图设计中，构件的运输、存放和吊装问题是设计的前提。因此，要提前确定构件的运输路线，布置其临时存放施工场地，充分计算构件的吊装设备，看其是否满足安全、经济和合理布置的原则。

1.3.2 平面设计

大开间的平面布局是剪力墙住宅建筑的最佳选择。合理布置剪力墙、公共空间管井位置，明确功能分区。主体结构的布置应简单、规则，剪力墙应上下贯通，悬挑与突出部分不宜过大，且不宜有较多的平面凹凸。模数协调原则是装配式建筑平面的设计原则，优化预制构件的尺寸和种类，可以实现住宅预制产品的标准化、系列化和通用化。

1.3.3 立面设计

预制装配式建筑的立面设计既要考虑工厂生产的标准化，装配式施工的系统化，还要在坚持模数化设计的前提下通过标准模块的多样化组合，实现建筑形体和空间的变化。

1.3.4 楼面设计

楼面设计应遵循标准化和模数化的原则，尽可能减少类型，节约成本，同时，要尽量采用大尺寸的楼板，以便有效节约工时，提高效率。另外，公共区域、降板位置等应考虑现浇，叠合板的现浇层应确保其内预埋电气、水暖管线的合理、安全布置。

1.3.5 预制墙板设计

1.3.5.1 预制外墙板的拆分

装配式剪力墙住宅建筑的外墙板宜全部采用预制部件，由设计单位提供相应的拆分图纸，并遵循以下原则：①结合立面效果，综合考虑结构现浇部位和施工要素，合理拆分墙板；②以经济性为前提，以模数化、标准化为原则，优化类型，节约成本；③预制构件的尺寸需考虑项目的经济性、PC工厂的生产能力、现有的运输条件及施工现场的组织能力等。

1.3.5.2 预制墙板的节点设计

连接节点处的构造设计是装配式剪力墙结构的设计重点。预制外墙板的垂直缝、水平缝、门窗洞口等位置的构造要求，材料选用应满足建筑的防水、防火、耐久等性能的要求，且同时应满足构造合理、生产快捷、施工简便、坚固耐久等相关要求。

1.3.6 预制楼梯的设计

现浇的混凝土楼梯支模复杂，工时比较长，具有施工质量通病。而由工厂预制的混凝土楼梯则与其相反，具有快捷、质优、节省等特点，且外观质量好，现场施工方便、节约模板，大大缩短了工期，减少了建筑垃圾等，同时，住宅层高统一，能实现预制楼梯的模数化、标准化。

2 预制装配式剪力墙住宅建筑的工程实例

2.1 工程概况

泰瑞城项目位于太原市晋源区，位于长风商务区西侧，毗邻晋阳湖和西山森林公园，地理位置优越，规划合理，总用地面积约为2.69×105m2。为了推动住宅产业化发展，泰瑞城项目选取I标段4#、5#、6#和8#楼作为装配式建筑示范楼。该标段建筑均为29层的高层单元式住宅，总建筑面积为110722.75 m2，设计层高为3 m，总建筑高87.450 m，满足《装配式混凝土建筑技术标准》（GB/T 51231—2016）第5.1.2条8度（0.2 g）限高90 m的要求。

该项目采用装配整体式高层剪力墙结构体系，采用灌浆套筒的连接形式。加强区竖向构件（剪力墙）为现浇结构，水平构件（板）为叠合构件；非加强区剪力墙部分预制，水平构件为叠合构件；同时，阳台板、女儿墙等维护结构部分也采用装配的方式。

2.2 户型选取

为了便于PC工厂的标准化生产，提高生产效率，设计单位优化建筑平面，如图2所示。

以4#楼为例，它是由两梯四户的单元对称构成，以保证结构的整体平衡。每户均为3室的经典户型，平面平整，减少凹凸，南北承重墙对应布置，精减开间类型，以满足预制外墙板标准化的要求。

在外形的选取上，既有卧室、厨房的普通平开窗，也有客厅的落地开窗，亦有飘窗、阳台、空调板等几种构件，使该项目更具有代表性。

2.3 叠合楼板的构造设计

本工程楼板叠合层厚度为60 mm，现浇层厚度为70 mm，转换层和屋面层的现浇厚度为90 mm，充分保证了设备管线的布设，同时还采用双向板板缝节点设计方式，如图3所示。

考虑到施工安装的可操作性，本项目设计板缝宽为300 mm，既能满足双向板的受力要求，又为加工和安装提供便利，同时便于工厂标准化生产。

2.4 预制墙板的构造设计

本工程的结构体系为装配整体式剪力墙结构，预制外墙板由外页板+保温层+内页板三部分构成，由灌浆套筒连接，参与结构的整体受力。其中，内页板为200 mm厚的钢筋混凝土墙体，保温层为60 mm厚的挤塑聚苯板，外页板为60 mm厚的钢筋混凝土墙，可达到太原市节能保温的要求。另外，内页板的长度小于外页板，将内页板的四周预留钢筋，通过后浇混凝土将两片预制外墙连接成整体，如图4所示。

2.5 预制外墙板的拆分设计

本工程以确保建筑平面规整为准则，按照以下原则进行外墙板的拆分：①分缝严禁设置在门、窗洞口位置；②分缝尽量设置在剪力墙T形相交位置，以利于2片外墙板与内墙连接为整体，加强建筑结构的整体性能；③充分考虑PC工厂的生产、道路运输、施工现场组织等因素，控制外墙板的外形尺寸和质量；④尽可能地减少外墙板的种类，提高模具的重复利用率，节约成本，提高经济效益。基于上述原则划分的预制外墙板的拆分情况如图5所示。

从图5中可以看出，标准层外墙板有17种类型。据统计，每种外墙板模具的重复使用次数均达到100次以上。对于整幢楼来说，模具的重复使用率极高，节约了项目的生产成本，达到了示范效应。

2.6 预制墙板的防水设计

本工程的外墙板全部为预制构件，因而在组装时会形成层间水平缝和开间竖向缝，所以，结构的防水、整体等性能皆直接由接缝的性能决定。因此，需要系统的分析预制墙板接缝的设计理念、构造做法的施工措施。本项目具体做法如图6、图7所示。

3 结束语

近年来，我国预制装配式建筑高速发展，结合建筑项目设计施工要求，充分了解PC工厂生产能力，全面考虑各方面要素，提高对预制装配式建筑的分析研究，加强各专业之间的联系，实现设计单位、构件生产单位、施工单位之间的协同，积累工业化建筑的施工经验，综合各方面的技术资源对装配式建筑进行优化设计，是推动建筑工业化发展的有效手段。本文仅为实际工程的总结，因笔者在装配式工程方面的经验比较少，再加上理论专业水平有限，该文存在一定的局限性，但仍希望相关阐述能够为今后的装配式剪力墙高层住宅设计提供借鉴和参考。

［1］ 樊则森.预制装配式建筑设计要点［J］.住宅产业，2015（8）.

［2］ 赵中宇，郑姣.预制装配式建筑设计要点解析［J］.住宅产业，2015（9）.

［3］ 宋竹.预制装配式建筑的设计要点分析［J］.住宅与房地产，2016（6）.

［4］ 张菊，傅东.浅谈装配式建筑的结构设计要点［J］.商品与质量，2016（41）.

［5］ 范桂清.预制装配式建筑设计实践及相关问题的探讨［J］.低碳世界，2016（20）：136-139.

［6］ 徐晔桢.预制装配式剪力墙结构住宅建筑的设计［J］.建筑施工，2013，35（10）：928-930.

［7］ 樊则森.装配式建筑设计要点及案例精讲［R］.装配式建筑专题.［出版地不详］：［出版者不详］，2017.

［8］ 曲艺，刘迪，张然，等.装配式剪力墙结构体系在万科金域蓝湾建筑中的应用［J］.工业建筑，2013，43（9）：165-168.

［9］ 中国建筑标准设计研究院有限公司.GB/T 51231—2016装配式混凝土建筑技术标准［S］.北京：中国建筑工业出版社，2017.