叠合剪力墙体系保温集成应用改进与对比分析

2022-05-27于文洪

城市建筑空间 2022年3期

赵辉，于文洪

（上海中森建筑与工程设计顾问有限公司，上海 200333）

1 背景

对于装配整体式剪力墙结构，目前行业应用较多的竖向预制承重构件为全截面预制剪力墙，其连接方式多为套筒连接；其构件重，套筒连接困难，施工质量不易控制，连接存在安全隐患，拼缝位置易渗水，对吊装设备要求高，预制构件造价高等问题存在。

DG/TJ08-2266—2018《装配整体式叠合剪力墙结构技术规程》于2018年11月1日发布执行，T/CECS 579—2019《装配整体式钢筋焊接网叠合混凝土结构技术规程》于2019年6月1日发布执行，2本规范所阐述的技术规程均为叠合剪力墙，竖向及水平连接方式均采用钢筋不接触间接搭接技术，避免套筒连接，简化连接方式；叠合空腔内采用现浇混凝土，提高了整体性，有效避免了外墙渗水问题；叠合空腔结构，同尺寸构件仅为全截面预制剪力墙构件重量的一半，可降低吊装设备性能要求，预制构件尺寸可进一步增大，减少构件拼缝数量；预制叠合构件侧面不出筋设计，模具设计简单，可满足机械自动化加工，提高构件生产效率，符合工业化特征，降低成本，发挥装配式工业化优势（见图1，2）。

图1 桁架钢筋叠合剪力墙

图2 钢筋焊接网叠合剪力墙

鉴于叠合剪力墙优势及配套技术规程陆续发布执行，以及自动化生产设备投入使用，全国已有多个叠合剪力墙项目的实践应用，根据实际应用情况总结对比，叠合剪力墙技术无论在成本上还是在施工效率上，均体现出一定优势，但在实际工程应用中尚存不足，有待设计、生产、施工各环节研究改进。

2 叠合剪力墙概述

2.1 结构体系

1）定义采用竖向叠合与水平叠合于一体的整体叠合结构形式，利用混凝土叠合原理，把竖向叠合构件（柱、墙）、水平叠合构件（板、梁）、墙体边缘约束构件（现浇）等通过现浇混凝土结合为整体，充分发挥了预制混凝土构件和现浇混凝土的优点。

2）叠合剪力墙结构体系构件包括叠合柱、叠合梁、叠合楼板、叠合剪力墙。

3）叠合剪力墙结构特点实现竖向结构和水平结构的整体叠合，并避免套筒连接。

2.2 结构体系特点

[1]采用机械自动化成型钢筋笼或桁架筋连接方式。[2]自重轻，较全截面预制构件自重减轻50%，对塔式起重机型号要求降低，相应费用降低。在重量相同情况下，构件尺寸可更大，减少现浇段，拼缝位置减少。[3]可实现预制墙板四周无出筋，碰撞问题减少，模具简单，加工制作方便，易实现工厂机械化生产。

2.3 叠合剪力墙上下层墙体水平接缝处连接节点

1）边缘构件的竖向钢筋宜采用逐根搭接连接，搭接长度不应小于1.6laE，连接钢筋与被连接钢筋之间的中心距不应大于4d（d为连接钢筋直径）。

2）非边缘构件部位的连接钢筋宜采用环状连接筋，如图3所示。连接钢筋搭接长度不应小于1.2laE，连接钢筋间距不应大于预制空心墙构件及预制夹心保温空心墙构件中竖向分布钢筋的间距，且不宜大于200mm。连接钢筋直径不应小于预制空心墙构件及夹心保温预制空心墙构件中对应位置竖向分布钢筋的直径，且直径和间距应根据计算确定，并应满足JGJ 1—2014《装配式混凝土结构技术规程》中关于剪力墙水平接缝的受剪承载力计算要求。

图3 叠合剪力墙非边缘构件竖向连接节点

3）除下列情况：①等级为一级的剪力墙；②轴压比大于0.3的抗震等级为二、三、四级的剪力墙；③“一”字形墙、一端有翼墙连接但剪力墙非边缘构件区长度大于4m的剪力墙，以及两端有翼墙连接但剪力墙非边缘构件长度大于8m的剪力墙外，墙体承重部分厚度不大于200mm的标准设防类建筑叠合剪力墙的竖向分布钢筋可采用单排钢筋连接。

4）当剪力墙竖向分布钢筋采用单排连接时，计算分析不应考虑剪力墙平面外刚度及承载力，单排钢筋连接应满足下列要求：①连接钢筋应位于内、外侧被连接钢筋的中间位置；②连接钢筋宜均匀布置，间距不宜大于300mm；③单片叠合剪力墙水平接缝处连接钢筋总受拉承载力不应小于上、下层被连接钢筋总受拉承载力较大值的1.1倍。

5）下层剪力墙连接筋至下层预制墙顶及上层剪力墙连接钢筋至上层预制墙底算起的埋置长度均不应小于1.2laE+bw/2，bw为墙体厚度，其中laE应按连接钢筋直径计算。

6）钢筋连接长度范围内应配置拉筋，同一连接接头内的拉筋配筋面积不应小于连接钢筋面积。拉筋沿竖向的间距不应大于水平分布钢筋的间距，且不宜大于150mm。拉筋应紧靠连接钢筋，并应与最外侧分布筋可靠焊接。

7）叠合剪力墙后浇混凝土墙段与叠合构件之间应采用环状连接筋进行连接。当后浇混凝土墙段两侧均有叠合构件时，连接筋宜穿过后浇混凝土墙段，分别伸入两侧叠合构件空腔内且伸入长度不应小于laE，环状连接筋两端均应设置竖向插筋，插筋直径不宜小于10mm，上下层插筋可不连接，如图4所示。

图4 叠合剪力墙“一”字形水平连接节点

8）当采用叠合构件时，边缘构件内箍筋由墙体水平网片纵筋与网片横筋组成，纵筋设置在预制墙板内，如图5所示。

图5 叠合暗柱构造边缘构件

9）纵横墙交接处边缘构件可由现浇段与叠合段组合而成，如图6，7所示，应满足下列要求：①现浇段尺寸宜取墙体厚度；②叠合段长度不宜小于400mm；③现浇段内应设置成型钢筋笼，钢筋笼纵筋数量不宜少于4根，叠合段应与墙体整体预制，叠合段内纵筋数量不宜少于6根；④现浇段与叠合段之间均应通过水平连接筋进行连接；⑤现浇段与叠合段内纵筋及箍筋直径、间距均应满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》（2016年版）及《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3—2010关于构造边缘构件的相关要求。

图6 翼墙构造边缘构件

图7 夹心保温叠合剪力墙

2.4 夹心保温集成方案

现行叠合剪力墙体系采用夹心保温形式，如图7所示，其生产流程如下。

1）内叶板钢筋焊接网（桁架钢筋骨架）→保温连接件→混凝土浇筑成型→养护。

2）外叶板钢筋网片→混凝土浇筑成型→保温板。

3）叠合内叶板反转→伸出的连接件穿过外叶板上保温板并预埋在外叶板混凝土内→一体化成型→养护。

通过对若干实际项目调研考察，发现内外叶板间通过保温板连接件连接，在吊装过程中易变形，施工完成后普遍存在保温板接缝处不闭合、存有热桥效应，外叶板接缝处错位、平整度较差，施工难度大、质量难以控制；并且由于各地方装配率或预制率计算标准对夹心保温叠合剪力墙体系的计算系数定义也较低，要达到装配率50%（国标）或预制率40%（如上海地区）要求较难。具体体现如下。

1）叠合夹心保温外叶板仅通过连接件与内叶板进行连接，连接强度较弱，现场浇筑完混凝土后，外叶板胀模跑偏，导致外墙不平整，无法实现免抹灰效果，二次找平施工难度大，成本增加。

2）按GB/T 51129—2017《装配式建筑评价标准》装配率计算方法[1]，主体结构竖向构件均采用体积比方式，叠合剪力墙预制体积少，按体积比计算无优势，应用比例计算值较低，叠合剪力墙对装配率贡献低，无优势。

针对以上存在问题，通过对多个项目的实地调研，并与相关企业进行合作研究，提出改进措施。

3 保温集成反打改进方案

结合以上问题，提出保温集成反打工艺一体化成型解决方案，可保证工程质量，且满足各地区对预制率的要求。

3.1 具体措施

采用新型A级保温材料，通过可靠连接构造措施一次性预制生产的保温集成装配式混凝土叠合外墙板，由基层叠合墙、A级保温板、保温连接件、饰面层等组成。预制构件保温系统为A级不燃保温板反打；一体反打成型，保温板与基层墙体紧密结合，且其间通过不锈钢连接件连接，进一步提高防裂和防脱落性能，如图8，9所示。

图8 水平连接节点

图9 竖向连接节点

3.2 保温系统耐久性验证

1）加强耐候性试验在实验室中进行热雨循环160次，热冷循环10次及80次冻融循环，并测试了保温系统的拉伸连接强度，满足设计要求。

2）试验验证A级保温材料与叠合剪力墙体系通过集成反打工艺及可靠的不锈钢连接件的有效连接所组成的保温系统可满足50年使用环境要求。

3.3 综合对比

叠合剪力墙体系集成反打保温方式与夹心保温方式综合对比分析如表1所示。

表1 叠合剪力墙体系保温集成方式对比

3.4 装配预制率提升

以上海地区预制率计算方法为准，预制率要求40%[2]，如表2所示，按方案1全截面剪力墙体系计算基础系数为0.9，再加免抹灰、集成保温的做法，修正计算系数为1.1，优势较大；方案4采用夹心保温叠合剪力墙体系，其基础系数为0.3，再加上免抹灰、集成保温后修正系数也只有0.5，较难满足上海地区对预制率的要求；叠合剪力墙体系采用保温集成反打，如方案2，3基础系数为0.75，再加上免抹灰、集成保温修正系数为0.95，0.85，较方案4具有较大优势。