装配式剪力墙结构住宅叠合板精细化设计探讨

郭惠琴

(北京市建筑设计研究院有限公司， 北京 100045)

0 引言

叠合板在结构的耐久性、施工的便利性及效率提升等方面具有诸多优点，已成为装配式剪力墙结构住宅的主要应用技术之一，在《装配式建筑评价标准》(GB/T 51129—2017)[1]及各地方的相关标准中也对楼板等水平构件的装配提出了相应要求。住宅工程中采用中小跨度的叠合板、预制底板为整体式接缝的设计方案较为普遍，针对结构设计、构件制作及安装施工等已形成了配套完整的技术、方法和产品。随着装配式建筑技术的不断拓展及结构装配化建造的多元化发展，满足装配化与标准化程度高、适应性与经济性好等要求的叠合板将更具竞争力。

本文重点对叠合板设计应用中存在较多疑惑的几个问题进行探讨，对预制底板接缝形式选择与构造、住宅中采用同层排水等需要结构局部降板的设计难点提出了分析方法和构造做法。

1 楼板装配方案策划要点

(1)装配式建筑在方案设计阶段的前期应进行技术策划[2]，楼板的装配方案是技术策划的内容之一，主要包括以下内容：住宅产品及使用的要求，楼板布置合理性及结构抗震的要求，预制构件制作、运输、存放及安装的要求，项目经济性等。

(2)叠合板应与建筑平面布置及功能模块的组合等进行协调，可以采用模数协调和标准化选型的设计方法。

(3)构件设计应兼顾模台、道路、场地及起重设备等项目条件,确定构件合理的控制尺寸及通用构件尺寸序列。构件的配筋及连接形式等应适合标准化定型支撑及工具式模板等的应用，并选用标准连接与接口形式。对异形板等复杂的楼板，尚应通过确定精细化设计的方法，实现预制构件与连接、接口的标准化。

2 整体式接缝的接缝宽度

整体式接缝是叠合板使用最广泛的连接方式，技术成熟。国家现行标准及国家标准设计图集中有完整、详细的做法，本文不再赘述。工程实践中对接缝宽度的取值众说纷纭，特别是在设计与施工图审查中经常有不同的意见，导致接缝宽度取值很大，尺寸多样，难以形成标准化设计。笔者认为一味增加接缝宽度将失去叠合板的技术优势，明确受力特点，通过合理的精细化设计，选用适宜技术，进行技术集成，才是解决问题的关键。本文以工程中常用的预制底板钢筋端部带弯钩(或机械锚固措施)的搭接连接做法为例进行分析(图1)。

图1 整体式接缝连接示意

构件的纵向受力钢筋搭接长度l1应满足《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)(2015年版)[3](简称混凝土规范)的要求，即ll=ξlla，其中ξl为纵向受拉钢筋搭接长度修正系数，la为纵向受拉钢筋锚固长度。混凝土规范第8.4.3条的条文说明规定：对预制底板拼接处，在实现传力性能的条件下，可适当放宽搭接接头百分率的限值，即允许有条件地采用同一连接区段钢筋搭接接头面积百分率为100%的钢筋连接形式。在预制底板拼接截面内，钢筋应力是不均匀的，且变化幅度较大，甚至存在受拉和受压共存的情况；考虑到楼板构件的变形协调与内力重分布等特点，对预制底板接缝处的钢筋搭接长度可适当放宽。参考混凝土规范第8.4.5条的相关内容,受压钢筋搭接长度可折减至受拉钢筋搭接长度的70%，ξl取1.12；同时参考《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)[4]第7.2.20条第2款，墙体竖向钢筋同截面连接时ξl取1.2。综上所述，当叠合板中预制底板的布置能够使接缝处于楼板受力及变形较小的部位时，纵向受拉钢筋搭接长度修正系数ξl可取1.2；其他情况，ξl宜按混凝土规范第8.4.4条的规定取值。

混凝土规范第8.3.3条规定：普通受拉钢筋端部采用弯钩或机械锚固措施时，钢筋锚固长度可采用0.6的折减系数，即la=0.6lab。对于装配式住宅常用的结构布置形式，楼板厚度130～180mm，采用HRB400级钢筋时，纵筋直径8～12mm，基本可满足设计要求。因此，纵筋搭接长度可按下式确定：

式中：d为纵筋直径；ft为楼板混凝土抗拉强度设计值。

剪力墙住宅采用大开间的结构设计方案是发展的要求和趋势，墙体混凝土强度等级宜在C40～C60间选择，可以综合满足住宅建筑的各方面要求。采用较高强度等级的混凝土有利于在大开间剪力墙结构中有效控制剪力墙截面尺寸，在楼板设计中也应选用与之匹配的混凝土强度等级，可以有效解决节点核心区应力过大等问题，并且可以增加构件的耐久性能、提高设计的标准化水平等。因此，叠合板的混凝土强度等级宜采用C40，不应低于C30。

综上所述，叠合板预制底板采用整体式接缝时，常用纵向钢筋的搭接长度可按表1取值。由此可见，在受力较大的叠合板中，通过精细化分析，合理确定叠合板厚度、预制底板接缝部位、混凝土强度等级、预制底板配筋形式等是设计的关键内容。

常用受拉纵筋搭接长度ll取值/mm 表1

分析表1推荐的常用受拉纵向钢筋搭接长度可得：叠合板预制底板整体式接缝的宽度取200～300mm时，可以满足设计的基本要求。对于常见的双向板，采用三块预制底板拼接设计，板缝宽度选用200，250，300mm时预制底板可以满足2M或3M[5]的建筑平面模数尺寸。同时接缝的合理确定有利于构件的标准化及施工支撑体系的标准化。

3 分离式接缝的连接设计

叠合板预制底板四周采用不出筋的做法，可在构件的制作、运输、存放及安装等方面提高效率，是一种合理的现实需求。目前，在国家现行标准《装配式混凝土建筑技术标准》(GB/T 51231—2016)[6]、《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ 1—2014)[7]，团体标准《钢筋桁架混凝土叠合板应用技术规程》(T/CECS 715—2020)[8]及国标图集20G329-1[9]中给出了各类型连接做法。笔者认为：板端不出筋的做法比较常见，可以推广使用；而针对单向或双向叠合板，在预制底板的板侧不出筋、采用设置附加钢筋的整体式连接设计中，可通过探讨接口的精细化设计，实现预制构件的标准化，简化安装程序，形成标准施工工艺及程序。以下就三种接缝类型分别进行分析。

3.1 密拼连接

叠合板为单向板时，预制底板可采用密拼连接的方式。现行的做法基本为：预制底板在接缝处制作成倒角等，并在楼板施工完成后采用聚合物砂浆等密封材料填充抹平。这种做法虽然能够满足楼板承载力的要求，但在承载力极限状态和正常使用状态下，板缝处极易变形开裂、甚至发生填缝砂浆脱落等情况。因此，采用此种设计方案时，应将预制底板的接缝当做部品部件的“接口”来对待：应首先明确住宅对接缝的建筑性能要求，并以此要求对楼板的刚度、承载力、变形与裂缝控制等进行设计及评估；还需要对构件的安装方式、接缝尺寸、构件允许偏差(制作、安装)等进行设计与确定，并评估接缝处的表面处理做法。

采用密拼连接的单向板，楼板刚度的选择宜满足接缝处对两侧预制底板变形的要求。因此，考虑接缝的表面处理并适应各种偏差影响，将接缝与施工、使用充分结合就是一种设计优化方法。

单向板密拼连接做法示意见图2，将电气或设备管线与接缝空间相结合，通过室内装修及通用部品形成结构构件完整的“干式连接”，实现部分管线与支撑体的分离。在此基础上结合工具式独立支撑体系的开发，使得叠合板的支撑与管线安装等进行集成，实现更高的效率提升。

图2 单向板密拼连接做法示意

3.2 密缝连接

对3.1节中单向板密拼连接做法进行改进，预制底板也采用密缝连接：接缝尺寸宜选择50～100mm，配套小尺寸定型模板完成接缝的浇筑和连接，做法参见图3。此种连接形式，楼板的整体性较密拼方式好，板底接缝处不需要进行建筑装修处理；在保证楼板混凝土施工质量的前提下，不易出现裂缝，外观效果较好。

图3 单向板密缝连接做法示意

这种连接做法需要结合模具综合考虑。由于缝宽较小，可采用吊模方式，有效减少落地支撑的使用，施工面简洁；但由于吊模刚度受限于预制底板刚度，且容易受施工过程浇筑混凝土和振捣混凝土等因素的影响，容易发生漏浆等现象，影响外观；在底板跨度较小，刚度较好的情况下可考虑采用此模板方式。也可结合可调节工具式定型独立支撑体系，合理设置与墙板之间的临时施工固定措施，有效解决上述问题，实现较好的设计和使用效果。

3.3 分离式配筋的整体式连接

在团体标准《钢筋桁架混凝土叠合板应用技术规程》(T/CECS 715—2020)[8]中，给出了叠合板采用分离式配筋整体式连接的计算及节点做法，但计算及构造相对复杂。本文通过叠合底板的制作及钢筋搭接，提出相对简单的双向板分离式配筋整体式接缝的连接做法(图4)。

图4 分离式配筋整体式接缝的连接做法示意

采用分离式配筋整体式接缝的连接做法，需要进行全过程精细化设计分析。首先在预制底板划分时，通过计算分析将板缝设置在应力较小部位；其次在构件制作过程中注意对外伸翼缘板的构件设计进行验算及成品保护；然后在运输及存放过程中采用相应的支架或垫块，对成品进行保护；最后在施工过程中对支撑体系进行专门分析，采用独立支撑，对外伸翼缘板进行支撑，以保证安装及二次叠合受力过程的合理性。

4 叠合板降板处理方法

随着住宅卫生间采用同层排水[10]、整体式底盘等要求的提出，在需要结构较大尺寸降板的部位，叠合板的设计问题显得尤为重要。建筑设计方案的适宜性是关键，结构设计中可通过合理的计算分析、细化的构造做法实现精细化的设计。

同层排水需要的高度受以下因素影响：洁具的类型及排水管线的找坡高度。首先洁具的排水方式及同层排水系统的连接件会影响所需建筑做法的厚度要求。目前后排洁具无需结构降板，这是最经济合理的模式，但洁具产品类型少，标准化程度低；而产品类型较多的下排洁具要求卫生间需要200mm左右高的结构降板。其次在建筑和装修设计中，应根据功能需求，精细布置用水点与管井的位置关系，减小找坡所需高度及降板的范围。

4.1 降板有限元计算分析

将叠合板设计方法与结构降板的需求结合起来，设计相应的节点做法是急需解决的问题。图5是常见卫生间局部降板平面示意。对其采用MIDAS Gen软件进行楼板有限元分析，楼板计算条件为：短跨轴距5.4m，长跨轴距6.6m，板厚160mm，左支座及上支座固结，另外两边支座简支，荷载条件为恒载3.5kN/m2，活载2kN/m2。

图5 常见卫生间局部降板平面示意

由于叠合板在施工过程中设置工具式支撑体系，且接口连续等强，其设计计算方法可与现浇楼板相同。上述空间不规则楼板的有限元计算结果(图6)表明，降板造成的空间不规则及平面不规则对整体楼板弯矩影响较小；当卫生间位于角部时，由于降板交接面形成了刚度较好的边肋，可以提供一定的支撑作用，楼板的整体弯矩有所降低；降板边肋形成了一定的支座效应，交接面出现局部应力集中及负弯矩，设计过程中可根据降板位置、高度及有限元分析结果合理划分构件，通过部件接口的精细化设计，简化构件外形及制作工艺，同时根据分析结果在降板交接板肋处设置一定的楼板上部钢筋，处理角部应力集中，做好节点构造。通过上述精细化接口设计，可实现装配式楼板体系的进一步完善和提升。

图6 楼板计算弯矩云图/(kN·m)

4.2 降板接缝构造

图5中1-1断面所示为垂直于预制底板布置方向的局部降板接缝，利用预制底板制作部分预制角模板，结合卫生间隔墙位置的交接面高差，设置较小宽度的翻边，此翻边作为施工过程中的模板，不参与受力。通过高差部位自然形成的较高边肋，进行钢筋构造连接或设置暗折梁构造，此方式将叠合底板划分为规则板块，预制构件相对简单，连接可靠，边梁刚度较大，变形较小。当板顶高差H不大于板厚时，节点做法参见图7(a)及图8(a)；当板顶高差H大于板厚时，节点做法参见图7(b)及图8(b)。采用此方法应注意卫生间内管井和风道需要在降板交接面适当避让。

图7 单向叠合板降板处连接示意

图8 双向叠合板降板处连接示意

图5中2-2断面为与预制底板布置同方向的局部降板接缝，可采用类似1-1剖面的做法，也可采用弯折叠合底板方式，做法见图9。当采用图9(a)的做法时，需关注构件在运输、存放及吊装过程中的安全，设计必要的辅助工具，保证全过程构件的质量；当采用图9(b)的做法时，需关注管线预埋问题。

图9 降板处采用预制构件连接示意

4.3 降板与外墙连接构造

图5中3-3断面为局部降板处楼板与预制墙板的连接。当板顶高差H不大于150mm时,可采用图10(a)的做法，此做法可能会导致外墙板高度降低，影响卫生间外墙窗高，对建筑外立面带来不利影响；加高的墙体后浇带使得此处安装面标高不易控制准确，应采取严格措施控制合理误差，避免对墙板安装带来不利影响；同时此处宜在室内设置50mm宽度的翻边，便于安装上层墙板时结合面灌浆饱满，以保证水平接缝的安全性。当板顶高差H大于150mm时，建议采用图10(b)的做法，在墙板内相应预留连接钢筋，以保证外墙窗高度、墙板高度及墙板构件侧模的一致性，对建筑立面协调及完整性更为有利。通过上述对构件连接的精细化设计，合理解决功能需求、构件设计及安装精度控制等问题，便于楼板体系在实际工程中的应用。

5 结语

在装配式建筑的叠合板设计中，楼板装配方案应从专业技术策划[11]开始，秉承全过程设计的原则。通过楼板的精细化设计，可以实现通用预制构件、标准连接与接口的广泛应用，提高预制构件制作的标准化及安装施工的工具化、规范化程度。对于平面及空间不规则或有特殊开洞的楼板，通过补充有限元分析等精细化设计措施，也可采用叠合板的装配方式，并实现标准化的设计与安装施工。