带剪力墙的模块化装配整体式建筑结构设计

路大鹏

(1.中铁十二局集团有限公司勘测设计分公司，山西 太原 030000；2.山西众瑞人力资源管理有限公司，山西 太原 030000)

为了实现土地资源利用最大化，也为了给人们提供更优质的生活服务，我国近年来开发了大量高层建筑项目，虽然高层建筑在施工技术和施工工艺上的要求都比普通建筑要求高，但高层建筑在我国已经有多年发展历史，在发展过程中不但优化了建筑结构，也对施工工艺与技术进行了革新。目前较为常见的高层建筑结构是模块化装配式剪力墙结构，剪力墙也被称为抗震墙，该建筑结构能够在很大程度上提升建筑物的抗震性和稳定性，采用该结构不仅可以强化工程质量，还能够有效减少成本投入，因此该结构在当前的高层建筑项目中十分常见。

1 剪力墙结构设计原则

1.1 避免剪力墙与梁平面外连接

剪力墙的构造相对简单，但在施工过程中也有一些需要注意的地方，即若施工工艺做得不好，那么很可能会导致墙平面外弯曲的情况发生，一旦发生此种情况不但不利于后续施工，还会对建筑结构的美观性造成影响。若要避免此类情况发生，施工人员在操作时要严格按照相应规范进行，如设计人员在进行图纸设计时就会避免剪力墙结构与梁平面外相连，为了加强此方面说明，设计人员可以将这里打上标记，并在技术交底环节将这一情况进行说明。但若在实际施工中已经出现了相连的情况，那么相关人员也应根据实际情况进行补救措施，尽量减少此方面对建筑的影响。

1.2 控制剪力墙高度与宽度

我国关于剪力墙方面的建筑工程已经有很多，通过相关调查显示，墙体的高度、宽度在一定程度上也会对剪力墙的性能造成影响。在设计工作中相关人员需要根据相应的文件信息来确定建筑需求，然后再对墙体的高度和宽度进行计算，通常来说两者之间存在着一定的数值比例，相关数据表明，若比例超过3%则不符合标准规范。但鉴于施工现场有很多情况无法预知和避免，因此若比值超过3%，则需要对其采取相应的措施，如将双向受压结构融入进去[1]。

1.3 分析剪力墙所承载的作用力

剪力墙在实际施工之前都需要对其进行设计，在设计阶段除了确定结构外，还要对与墙体有关的数据进行确认，如水平承受力，再如垂直承受力。这些数据直接关系着剪力墙的设计是否合理，也决定着若按照设计图纸要求进行施工，那么剪力墙的承重力是否可以达到工程建设的实际要求。除此之外，剪力墙的稳定性还与墙体的斜截面承载力有关，因此设计人员也要将此因素考虑进去。设计人员可以借助相应的软件平台进行建模，并观察分析相应数据，确定该设计方案是否符合当前建筑标准。

2 剪力墙结构设计内容

2.1 确定剪力墙墙肢长度

剪力墙的稳定性会受到诸多因素影响，而墙肢长度是其中一个重要的影响因素，因为其不仅关系到墙体稳定性，还与其延展性密切相关。设计人员在对相应数据进行分析处理后就可以确定墙肢长度，然后再根据此方面数据来规划后续施工方案，在此过程中还要注意的是特殊部位—弯曲型设计，当其数值与整个剪力墙数值相对应后，剪力墙结构的整体稳定性可以得到有效提升。除此之外，连续墙肢工艺在此方面也至关重要，其作用在于确保宽厚比能够达到项目要求。

2.2 分析墙体受力

鉴于高层建筑的特殊性，剪力墙结构与常规建筑结构依然会有些许不同，如其属于竖构件，在建造完后其需要承受很多力，这些力来自不同方向，如竖直方向和水平方向等。因为每个高层建筑的规格都不同，因此我国针对此方面并未进行明确规定，但针对每个高层项目根据实际情况进行受力分析是毋庸置疑的一项工作。高层建筑在施工一段时间后可能会出现墙体受力不均的情况，若发生此情况相关人员需要根据实际情况来调整墙体强度，同时对墙体受力形式进行适当转变，并降低荷载大小。

2.3 设计墙体厚度

我国针对剪力墙方面有明确的施工规范，墙体厚度必须达到相应标准，如短肢剪力墙，其底部加强部位要大于200mm，其余部位要大于180mm，即使因特殊原因导致了其刚度有所变化，从而需要对墙体厚度进行增加或减少，也要确保此种变化处于50～100mm之间。以此种方式来对墙体进行优化不但能够减少成本投入，还能够使墙体表明均匀，提升建筑物美感，而若混凝土等级发生了变化，为了保证剪力墙的稳定性，施工人员需要采取一些措施来控制墙体厚度，较为常见的方式是将楼层进行分割，再根据每一层的实际情况来进行针对性优化[2]。

2.4 配置墙身钢筋

剪力墙抗震性比墙体普通建筑结构强的原因除了其结构更加合理外，还与其所使用的材料强度有关。对于剪力墙结构而言，墙身是其重要组成部分，承担着负重的任务，若墙身强度不足，很容易导致后期竣工验收时难以通过验收标准，即使顺利通过验收，也会在后续使用中埋下隐患。为了避免此种情况发生，施工单位需要对墙身钢筋材料进行优选，虽然目前市面上有大量符合国家标准的钢筋厂家，但应按照当前项目对钢筋的实际需求，以及成本规划信息方面来选择合作方，有条件的情况下尽量选择口碑好的大牌厂家。在进行钢筋配比时需要相关人员事先给出墙体水平方向和垂直方向的承载力数据，并以此为依据来计算配筋率。我国建筑物都有抗震等级要求，但无论是哪一个等级，在剪力墙设计时都要确保钢筋配比率高于0.25%，钢筋间距小于300mm，直径大于8mm。

2.5 设计边缘构件

剪力墙施工质量如何会受到诸多因素影响，边缘构件即为其中一个，无论在设计阶段，还是在实际施工阶段，相关人员都应对该工艺有清晰的了解。边缘构件若处理不当，不仅会导致剪力墙结构受到影响，还会影响其结构延展性，甚至会降低其抗剪能力。因此，在设计时设计人员要严格按照高层建筑剪力墙结构标准进行设计，同时科学设置底部加强区高度，再对暗柱、端柱进行设计，确定钢筋配比后进行模拟试验，若模拟后发现依然有不合理之处，设计人员再针对此方面进行二次优化。

2.6 连梁设计

剪力墙最大的功能之一就是其具有极好的抗震性，而这与连梁设计又有很大关系，为了提升剪力墙抗剪力和抗震力，设计人员需要对连梁截面积进行设计，在确保不会对其它施工环节造成影响的前提下增加截面积。一般来讲，截面积越大，梁刚度越大，抗震力也会越强。有些建筑工程中也会出现一些特殊情况，如虽然增加了截面积，但其抗剪力却并未得到提升，此时施工人员就要按照实际情况来对剪力进行控制，如降低连梁刚度。此方面虽然有很多解决方案，但最为简单快捷的就是对连梁刚度系数进行折减[3]。

2.7 剪力墙软件计算方法

随着高层建筑项目的不断增加，我国在剪力墙结构设计方面研发并应用了多种先进技术与手段，SATWE软件和振型分解反应谱法是最为常见的软件和计算方法。在软件中相关人员只需要将各项数据输入进去，该软件就可以在系统内对相应数据进行分析和整合，确定相应数据后还要针对各方面作用力对剪力墙结构刚度的影响进行分析，从而制定出行之有效的优化方案，尤其是水平扭转措施。

3 模块化剪力墙装配整体式建筑施工中存在的问题

3.1 平板线制作与安装问题

模块化剪力墙装配整体式建筑结构中会涉及多个施工环节，平板线制作与安装即为其中一个，近年来我国很多剪力墙项目中都或多或少地在此方面出现了质量问题，具体表现如下：1)转角板问题。转角板指的是预制模块稳定工艺中常用的一个施工材料，因为其厚度偏薄，体积又大，作业环境又是在转角处，一旦操作不当很容易导致其断裂。导致出现该现象的原因有很多，如将其吊起后，转角板两边预应力不同，施工人员在对其进行操作时使得其边缘断裂，2)构件被购买回来后，相关人员没有对其采取及时有效的管护措施，使得其内部转角出现了质量问题，无法满足当下的建筑要求。角度存在问题的情况下，施工人员无论如何都不可能将角度连接工作做好，有时有些施工单位会将转角板进行更换，而有些则是利用一些小构件，或是混凝土进行边缘填充来充数；3)在整体浇筑时，因浇筑工艺的选择不够合理，导致无法实现模块配置的整体浇筑，此时不但会对剪力墙结构方面有所影响，还会影响到后续模块振捣工作；4)模块叠合板连接断裂问题，此方面问题多发生在生产加工环节，有时因操作不当而导致其断脚、跷脚的情况时有发生，这些存在质量的模块叠合板会给后期预埋件工作带来很大的技术隐患。其容易断裂的原因是该叠合板自身面积太大，无论是生产，还是运输都有一定难度，并且在装卸过程中有时也难免会碰撞，若挤压过度，则会造成构件严重损伤，甚至无法使用。

3.2 预制构件连接安装问题

剪力墙建设工程中需要对模块化剪力墙结构板进行连接，然而由于受到种种因素影响，大多数施工现场都会因无法准确掌握灌浆情况而给剪力墙施工带来麻烦，尤其是堵塞问题。出现此种情况的绝大部分原因是灌浆预制处理工艺难以满足实际施工需求，以灌浆安装为例，正常情况下安装连接工作若处理得当，那么孔洞内不会有混凝土溢出来，然而实际施工中却经常有混凝土溢出。以往出现此种问题或是因为相关人员没能事先针对灌浆管进行检测，也就无法知道管内的饱和情况，或是因为管理人员对此方面缺乏重视和认识，在实际工作中未要求施工人员针对此方面采取技术干预。此外，在清洁内部方面目前还没有足够完美的技术手段，这也是导致内部灌浆孔洞堵塞的原因之一，一旦发生堵塞，势必会对后续安装工作造成不利影响，进而影响到工程进度[4]。

3.3 人员工作素养问题

施工现场人员流动性大是一个十分普遍的现象，因为很多施工人员都没有固定的单位或是团队，通常是结束了这一个工程就去寻找下一个工程。施工单位也是如此，其在招聘施工人员时缺乏门槛，通常对应聘的人采取的都是“召之即来，来之即用”的模式。这些施工人员普遍学历较低，在施工方面难免显得生疏，尤其在处理专业性强的施工环节时，很多施工人员都无法确保施工质量。如因现场管理疏漏的原因导致很多预制钢筋被随意放置在施工现场，而施工人员又没有及时发现，那么就会导致预制钢筋被踩踏从而发生变形问题，钢筋变形后必然会影响其应用效果，情节严重时还要重新购买和制作钢筋。此外，施工单位在人员培训方面的重视程度不足，安全教育方面也有所欠缺，剪力墙施工属于高层建筑项目，高空作业本身就很危险，虽然大多数施工单位都严格要求施工人员佩戴安全帽和安全绳，但依然有些工作人员在工作现场未严格按照规范进行安全防护。

4 优化模块化剪力墙装配整体式建筑结构的措施

4.1 施工准备和定位放线

若要充分确保剪力墙建筑施工质量，首先需要做好相应的准备工作，如根据造价对材料、设备和施工人员进行确定，然后指派专人到施工现场进行实地勘验，再根据实际施工要求对现有施工环境进行必要改造，使其更利于开展施工工作。做完相应工作后还要进行定位放线，为了确保定位的精准性，我国施工现场都会配备经纬仪，其可以将各个线条严格控制在数据范围内。在进行布线时需要首先将主控线确定下来，然后再结合竖向构建布局图的要求来测量其他部分，如建筑柱轴线以及剪力墙暗柱位置线等。明确好各个位置后要做好标记，以免后续施工时找不到具体位置。

4.2 充分利用辅助工具

建筑施工场地中都有很多类型不同的设备设施，L型吊具即为其中一种，其在吊装和安装转角板方面能够起到很好的作用，因为由其吊起转角板后，两边的压力可以得到充分平衡，将转角板进行空中旋转时也不会出现断裂问题。用该设备还可以在最大程度上保护转角板的内在结构，这是很多施工工艺和施工设施都难以达到的效果。此外，平板也是此方面十分重要的组成部分，以往在对其进行护角处理时，施工人员即使按照了施工规范进行操作，也难以避免其在施工过程中出现质量问题。如今各个施工单位都对此方面提起了充分重视，并提前制作了塑料保护护角，这样一来无论是在装车过程中，还是在运输过程和卸载过程，都可以在很大程度上避免磕碰给平板带来的影响。叠合板制作方面也要有所调整，以往都是设计人员根据工程要求来进行设计，或是到相应的厂家进行购买，此种情况下得到的叠合板通常都难以满足实际施工要求。为了增加叠合板工作效率，设计方与施工方应加强技术交流，施工方应将自己对叠合板的各方面要求进行阐述和总结，并给出设计方向和重点。如此一来不但对后续吊装设备可以进行优选外，还能够有效避免叠合板在今后的使用中出现质量问题。

4.3 预留插筋校正

在该施工项目中，钢筋是必不可少的施工材料。剪力墙结构建筑中需要预留出大量的钢筋位置，但很多工程的钢筋预留位置都并不合理，严重影响了后期施工。在设计阶段相关人员就应对此方面有清晰的认知，如确定大概要留出多少位置，以及每个钢筋的具体位置等，确定完成后要对施工人员进行详细说明，使其能够严格按照设计规划来进行施工。叠合板浇筑施工完成，混凝土初凝之前，这是最后一个可以对钢筋位置进行更正的机会，管理人员应充分抓住这一时间段，对钢筋位置再次确认。我国在此方面有明确规定，预留钢筋的位置与中心之间的位置距离不得大于1cm，若此时位置已经超出标准，施工人员要通过相应的技术手段对其进行校正，较为常用的方式是冷弯方式。做完优化处理后再将目前的情况与设计图纸进行核对，确认无误后方可进行下一步。如果在检查后发现钢筋位置与设计要求差距过大，则应立刻对其进行拆除，并迅速做好现场清理工作，然后以最快的速度重新开展该工作。

4.4 强化预制构件操作

虽然施工设计在一定程度上会影响施工质量，但真正对施工质量有决定性影响作用的是实际施工，如果施工人员不能将施工设计完美复制到建筑工程中，那么即使设计人员将设计图纸做到天衣无缝，依然无法将高层建筑建设做到最好。在剪力墙结构施工中，预制构件是非常重要的一个环节，将此方面工作做好不但能够增加结构稳定性，还可以减少灌浆管堵塞问题。剪力墙施工中会用到大量混凝土，而这些混凝土在灌浆环节经常会出现失误，导致发生爆浆现象，为了避免此类情况频繁发生，施工人员在正式施工前可以在墙体上增加孔洞面积，使钢筋在传输过程中不会受到周围环境影响。同时要针对钢筋横向、纵向完整性进行强化，便于进行连接安装工作。值得注意的是，孔洞面积固然要增加，但也要有度，不可过度增加，若要使其更加符合施工标准，施工人员需要对灌浆保护度进行分析，得到相应数据后再通过计算来确认孔洞方面的操作。在安装之前相关单位和人员应进行技术交底，确认每个施工工艺，尤其是钢筋绑扎工艺，只有此方面不出现问题，才能最大限度地确保连接模块的完整性。

4.5 构建节点钢筋捆扎与绑扎

预制构件吊装工作完毕之后要针对剪力墙进行绑扎工作，此方面需要围绕着垂直连接节点、梁、板等节点进行操作。具体可以从如下几个方面入手：1)根据项目要求，相关工作人员需要对各个预留位置进行规划，如预留锚筋和箍筋等，确定好位置后及时做好标记，并在实际施工中减少因人为因素而造成的误差；2)捆扎方式有很多种，施工人员需要根据现场实际情况来科学选择捆扎方式；3)纵向捆扎作业有所不同，根据该施工环节的特点可以尽量选择焊接方式。

4.6 节点模板安装与叠合板混凝土浇筑

以节点模板安装为例，在进行安装前相关人员需要对其进行检查，确认没有问题后再将其与结构面进行固定，同时做好防水工作，在控制螺栓等距离时也要尽量保证精准性。再以混凝土浇筑为例，在进行浇筑之前要对作业区进行清洁，确保区域内没有对混凝土浇筑工作产生影响的石子或是浮浆。此外，应在最佳浇筑时间进行浇筑，之后再进行科学振捣。混凝土的选择也至关重要，剪力墙本身对墙体的强度要求就高，因此应尽量选择强度、硬度、承重力都强的混凝土作为原材料。

4.7 提升施工人员专业性

虽然目前越来越多的先进技术与设备已经被投入到建筑施工中，但很多施工环节依然要由人工来完成，尤其是精细化施工处理方面，然而由于施工现场人员工作素养良莠不齐，很多施工人员并没有经受过系统培训，导致在剪力墙施工中难以确保施工质量。若要强化人员队伍建设，提升操作人员专业性，施工单位要充分重视起人员培训工作。

5 结语

综上所述，模块化剪力墙结构建筑凭借其独有的优势在我国建筑市场占据了一席之地，但鉴于种种因素影响，剪力墙建筑在实际施工过程中还是存在些许问题，若这些问题无法解决，必然会对工程质量、工程进度以及成本投入等诸多方面带来不利影响。在开展相应项目建设之前，管理人员应对剪力墙建筑结构有清晰认知，并明确当前项目的建筑要求，同时将成本、施工工艺、人力以及材料设备等方面进行综合考量，并积极采取先进技术与工艺，只有如此才能够更大程度上优化高层建筑建设。