对几种常见预制剪力墙设计方法的对比和分析

陈剑松，吴泽，赵瑞仙Chen Jiansong,Wu Ze,Zhao Ruixian

（上海水石建筑规划设计股份有限公司重庆分公司，重庆 400010）

0 引言

随着人民生活水平以及城镇化率的不断提高，人与环境和谐共存的问题日益突出，坚持绿色生态理念，促进建筑业高质量发展，加快行业转型升级势在必行。装配式建筑将工地作业为主的建造方式变为工厂制造为主，可以提高质量和效率、节约资源、保护环境、缩短工期[1-2]，是建筑产业现代化的重要内容。

在我国住宅市场，剪力墙住宅因结构抗侧刚度大、墙体构件不突出建筑墙面等优势脱颖而出，成为最为常见的结构形式，装配整体式剪力墙结构进而也成为装配式建筑发展的焦点。随着《重庆市装配式建筑装配率计算细则（2021版）》的发布及实施，过去惯用的、为满足主体结构得分的预制叠合板+高精模板技术路线，在新的计算细则中难以奏效，更是无法满足高装配率（≥65%）项目的技术要求；另外，在一些多层的别墅、叠拼等项目中，高精模板摊销成本过高，也暴露了传统技术路线的短板。对此，有必要考虑适当增加预制承重竖向构件的应用比例，尤其是在住宅项目预制剪力墙的应用中。本文拟对目前较为常见的、技术体系较为成熟的几种预制剪力墙从生产、设计、施工等方面进行对比和分析，以供设计同行参考。

1 预制剪力墙的分类及适用范围

目前，装配整体式钢筋混凝土剪力墙结构中的预制剪力墙主要有三类：实心预制剪力墙、双面叠合剪力墙及SPCS钢筋焊接网叠合剪力墙。

实心预制剪力墙（图1a）是指将传统现浇剪力墙墙身部分在工厂进行钢筋加工及混凝土浇筑、养护成形的预制部件。

图1 预制墙分类

双面叠合剪力墙 （图1b）俗称 “双皮墙”，是指由格构钢筋拉结两侧预制墙片，然后在空腔内现浇混凝土形成整体，共同承担外部荷载的预制部件。

SPCS钢筋焊接网叠合剪力墙（图1c）受力原理与双面叠合剪力墙相似，但采用了工厂钢筋网片自动化焊接等创新工艺，工业化程度更高。

上述三类预制剪力墙虽然生产及施工工艺有所差别，但均采用了等同现浇的概念，适用范围也基本相同。总结《装配式混凝土建筑技术标准》（GB/T 51231—2016）[3]、《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ 1—2014）[4]及《装配整体式钢筋焊接网叠合混凝土结构技术规程》（T/CECS 579—2019）[5]相关规定，主要有以下几点需要结构设计人员予以重视：

（1）当设置地下室时，宜采用现浇混凝土；

（2）剪力墙结构和部分框支剪力墙结构底部加强部位宜采用现浇混凝土；

（3）当底部加强部位的剪力墙采用预制混凝土时，应采取可靠技术措施。

从上述规定不难发现，底部加强区剪力墙作为抵抗罕遇地震作用的关键构件，应具有比上部剪力墙更好的延性和耗能能力。而目前预制剪力墙的抗震性能尚无实际震害经验，对其抗震性能的研究以构件试验为主，整体结构试验研究偏少。剪力墙的主要塑性发展区域采用现浇混凝土，有利于保证结构整体抗震能力。因此，底部加强部位剪力墙宜采用现浇混凝土[3]。

1.1 预制剪力墙

预制剪力墙主要执行《装配式混凝土建筑技术标准》（GB/T 51231—2016）[3]、《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ 1—2014）[4]及 《装配式混凝土住宅建筑结构设计规程》（DBJ50-193—2014）[6]，参考图集主要有《装配式混凝土连接节点构造》（15G310-1/2）[7]、《预 制 混 凝 土 剪 力 墙 外 墙 板》（15G365-1）[8]、《预制混凝土剪力墙内墙板》（15G365-2）[9]及 《装配式混凝土建筑抗震墙（200mm）》（DJBT50—108）[10]，其主要技术要点如下：

（1）结构最大适用高度与现浇混凝土结构略有差异，应根据预制剪力墙底部在规定水平力作用下承担的剪力百分比作适当降低，详见表1；

表1 预制剪力墙结构最大适用高度（6、7度地区）（m）

（2）结构高宽比限值与现浇混凝土结构一致，详见表2；

表2 预制剪力墙结构高宽比限值（6、7度地区）

（3）结构抗震等级与现浇混凝土结构不同，详见表3；

表3 预制剪力墙结构抗震等级（6、7度地区）

（4）节点及接缝处纵向钢筋连接多采用套筒灌浆连接；

（5）结构计算时，现浇墙肢水平地震作用弯剪、剪力宜乘以不小于1.1的增大系数；

（6）构件拆分时宜采用一字型墙肢，并控制其部件尺寸、自重，以方便生产、运输、吊装和施工。其中，开洞墙洞口两侧的墙肢宽度不应小于200mm，上方连梁高度不宜小于250mm；

（7）套筒灌浆连接应严格控制连接部位水平分布筋加密构造，如图2所示；

图2 套筒灌浆连接部位水平分布筋加密构造

（8）剪力墙竖向钢筋连接采用“梅花形”，部分连接时钢筋直径、间距及配筋率构造如图3所示。

图3 竖向分布钢筋"梅花形"套筒灌浆连接构造示意

1.2 双面叠合剪力墙

双面叠合剪力墙主要执行《装配式混凝土建筑技术标准》（GB/T 51231—2016）[3]、《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ 1—2014）[4]及《装配式叠合剪力墙结构技术标准》（DBJ50/T-339—2019）[11]，其主要技术要点如下：

（1）结构最大适用高度相比预制剪力墙结构进一步降低；

（2）约束边缘构件延伸至底部加强区以上两层，剪力墙轴压比限值相较现浇结构降低0.05；

（3）墙厚不宜小于200mm，单叶预制墙板厚度不宜小于50mm，空腔净距不宜小于100mm；

（4）桁架筋竖向设置，单片预制墙肢不少于2榀；桁架筋中心距不宜大于400mm及竖向分布筋间距的2倍，边距不宜大于150mm，如图4所示；

图4 双面叠合剪力墙钢筋桁架布置示意

（5）水平、竖向连接钢筋锚固长度均应≥1.2laE，详见图5、图6。

图5 双面叠合剪力墙竖向连接钢筋布置示意图

图6 双面叠合剪力墙水平连接钢筋布置示意图

1.3 SPCS钢筋焊接网叠合剪力墙

SPCS钢筋焊接网叠合剪力墙主要执行《装配整体式钢筋焊接网叠合混凝土结构技术规程》（T/CECS 579—2019）[5]，其主要技术要点如下：

（1）6、7度地区结构最大适用高度、高宽比及抗震等级均与预制剪力墙一致；

（2）约束边缘构件延伸至底部加强区以上两层，剪力墙轴压比限值较现浇结构降低0.1；

（3）开洞墙洞口两侧的墙肢宽度不宜小于250mm，上方连梁高度、下方窗下墙高度均不宜小于250mm；

（4）单侧板厚度不应小于50mm，空腔宽度t不应小于100mm；

（5）整体成型钢筋笼构造：墙体竖向钢筋应置于梯子形网片纵筋内侧，同时应严格控制网片筋的边距、间距及钢筋端头保护层厚度，如图7所示；

图7 SPCS叠合剪力墙钢筋构造示意图

（6）边缘构件连接钢筋锚固长度均应≥1.6laE，墙身竖向连接钢筋锚固长度应≥1.2laE，墙身水平连接钢筋锚固长度应≥laE，如图8所示。

图8 SPCS叠合剪力墙边缘构件钢筋连接构造示意图

2 工程应用的优缺点

预制混凝土部件具有施工速度快、节能环保等优点，并且能缩短建筑开发建设的周期，满足建筑产业化的规模化、标准化的要求，是公认的可持续发展技术[12]。针对上述三种常见预制剪力墙部件，对其在生产、施工及成本上的优缺点进行总结，如表4所示。

表4 预制剪力墙工程应用优缺点

3 结论

本文对三种常见预制剪力墙从生产、设计、施工等方面进行了对比和分析，发现不同类型的预制墙在结构计算分析层面均采用等同现浇的概念，其主要差异体现在生产工艺、连接构造及施工工艺等方面，材料成本差异不大，均可作为装配式建筑预制竖向构件优选部件。

但客观分析，目前装配整体式剪力墙结构还存在诸多需要通过理论研究和工程实践加以验证的问题。作为装配式建筑结构设计人员，在设计过程中应更加注重结构概念，加强连接节点设计，关注部件生产与现场施工工序、工艺，形成全过程思维，才能保证装配式结构设计的准确、协同及高效。