预制剪力墙标准化设计研究——以重庆市某装配式项目为例

孙浩然，董恒瑞，罗干，董莹，李康平

（中煤科工重庆设计研究院（集团）有限公司 绿色建筑设计研究院，重庆 400042）

0 引言

装配式建筑是指预制构件在工厂生产，再运输到现场进行吊装、拼接、连接装配形成的建筑[1]。在装配式建筑发展过程中，装配整体式剪力墙结构体系逐渐成为应用最广泛的结构体系之一，该结构体系有利于提高效率、节约能源、绿色环保和保证建筑工程质量[2-4]，有利于我国建筑工业化的发展，具有广阔的应用前景。重庆市装配式建筑发展相对于北京、上海等城市起步较晚，目前在主体结构预制构件方面，仅预制水平构件的研究和推广较为成熟。目前重庆市预制剪力墙的应用还未大面积推广，预制剪力墙的使用较少，标准化程度较低，容易产生项目效率低、工期长、成本偏高等问题。

目前，国内已有部分工程师对多种常见预制剪力墙设计方法和预制剪力墙图纸深化设计要点进行了对比和分析，但存在分析较为表面、未进行标准化设计研究等问题[5-6]。基于上述原因，本文对预制剪力墙的标准化设计展开研究，以期提升重庆市预制剪力墙的标准化程度，达到提高质量、提高效益，减少人工、控制造价的目标。

1 工程概况

重庆市某装配式项目位于重庆市九龙坡区，由10 栋住宅、1 栋配套、1 栋综合办公楼及地下车库组成，总建筑面积111237.8 m2。以其中一栋高层为例，该楼栋建筑高度为56.9 m，层高为2.95 m，共19 层，标准层建筑面积704.80 m2，总建筑面积14165.77 m2。该楼栋为装配整体式剪力墙结构，主体预制构件2—19 层采用了桁架钢筋混凝土叠合板、预制楼梯，3 层至屋面层采用预制剪力墙，装配率达到65%以上。

2 预制剪力墙标准化研究

预制剪力墙的布置和拆分与建筑平面布局密切相关，具体项目中面对的情况相对复杂。在拆分剪力墙结构时，首先应系统分析建筑施工图和结构施工图，对整个结构条件与平面布局有一个全面的认识，然后通过初步拆分确定预制范围，即哪些部分适合预制，哪些部分不适合预制，并在满足预制剪力墙拆分原则模数化的情况下进行预制剪力墙的拆分。

2.1 预制剪力墙的选择

以灌浆套筒连接方式的预制剪力墙为例，对预制剪力墙设计模板进行研究，该类型预制剪力墙为重庆市目前普遍使用的预制剪力墙类型之一，具有良好的连接和力学性能。

在进行预制剪力墙范围的选择时，宜避免选择短肢剪力墙进行预制，宜优先选取内墙中T 型、L 型等侧向刚度较大的剪力墙进行拆分，若选取一字型剪力墙进行拆分，宜对该剪力墙适当加强，若选取结构外墙进行预制，宜避免该剪力墙有挑板等建筑构造连接。

2.2 预制剪力墙的拆分及标准化

2.2.1 预制剪力墙的拆分原则

在进行预制剪力墙的拆分时，首先应确认能够满足施工现场起吊要求的最大重量，得到能够满足施工现场吊装条件的预制剪力墙最大尺寸，再根据《重庆市装配式建筑装配率计算细则（2021 版）》和土建设计结构墙柱图进行拆分，并符合以下原则：

1）在进行预制剪力墙拆分过程中，尽可能使现浇段的长度不大于600 mm；

2）装配整体式剪力墙结构设计时，应根据装配式建筑方案确定预制剪力墙板和后浇连接段布置位置；

3）预制剪力墙厚度不宜小于200 mm，宜为50 mm 的整数倍；

4）高层剪力墙结构，预制剪力墙应用比例不宜大于75%；

5）高层剪力墙结构底部加强区应采用现浇混凝土；底部加强区相邻上一层剪力墙宜采用现浇混凝土；顶层剪力墙宜采用现浇混凝土；

6）高层剪力墙结构，预制剪力墙宜优先布置在内墙；

7）高层剪力墙结构中的电梯井筒、楼梯间剪力墙宜采用现浇混凝土结构；

8）偏心受拉的剪力墙不应采用预制墙板。

2.2.2 预制剪力墙的标准化拆分

在按照上述原则进行预制剪力墙拆分后，预制墙身的长度规格数量可能较多，因此需要进行拆分调整，减小部分预制墙身长度，将这部分与剪力墙边缘构件一起进行现浇处理，以达到减少预制墙身规格数量的目的，实现“少规格、多组合”的效果。

2.3 工程实例应用

在该工程预制水平构件满足“应做尽做”的条件后，为达到65%的装配率，预制剪力墙的得分需达15 分左右，因此需要采用的预制剪力墙比例较高，按照上述预制剪力墙选择的原则进行布置后，选择25 片剪力墙进行拆分和预制，预制剪力墙应用比例为36.39%，得分15.3 分。

根据《装配式混凝土建筑技术标准》GB/T 51231—2016[7]《装配式混凝土结构技术规程》JGJ 1—2014[8]和《重庆市装配式建筑装配率计算细则（2021 版）》，剪力墙结构底部加强部位宜采用现浇混凝土，并且可以不纳入装配率计算范围，因此，该栋高层预制剪力墙的使用范围为三层楼面至屋面层。按照拆分原则对标准层预制剪力墙进行剪力墙边缘构件和墙身的拆分后，预制墙身的规格、数量和重量如表1 所示。

表1 预制墙身拆分规格和数量

从表1 可以看出，拆分后存在4 种预制剪力墙墙身规格，其中1300 mm 的预制墙身重量为1.89t，超出该项目施工现场起吊最大重量，而750 mm、850 mm 不满足100 mm 的模数化要求，因此需对剪力墙拆分进行标准化调整，将750 mm、850 mm 两种规格的剪力墙墙身统一做成700 mm 的预制剪力墙墙身，1300 mm 规格剪力墙墙身做成1000 mm 预制剪力墙墙身，其余部分与剪力墙边缘构件一同进行加强现浇处理，如图1 和图2 所示。优化处理之后的墙身尺寸规格只有700 mm 和1000 mm 两种，每种数量较多且均为标准化构件，增加了项目标准化构件得分，提高了生产、施工效率，降低了模具摊销成本。

图1 剪力墙边缘构件大样

图2 标准化调整后的剪力墙边缘构件大样

3 预制剪力墙的连接节点研究

与传统的现浇剪力墙结构相比,装配整体式剪力墙结构存在大量的连接节点,当结构承担外部荷载时,节点处可能会因应力集中导致变形开裂。因此受力钢筋连接节点的设计是保证剪力墙结构整体性能的关键,使装配整体式剪力墙结构在承载力、延性及耐久性方面达到与现浇剪力墙结构等同的效果。本节以项目为例，对灌浆套筒预制剪力墙连接节点处存在的问题进行分析并提出建议。

3.1 预制剪力墙的水平连接节点

以该楼栋为例，1—3 层为底部加强区，此区域范围内剪力墙采用现浇方式，三层至屋面层采用预制剪力墙。需要注意的水平连接节点有三个：现浇剪力墙与预制剪力墙的节点连接、预制剪力墙与预制剪力墙的节点连接、预制剪力墙与屋面层及以上部分的节点连接。

1）现浇剪力墙与预制剪力墙的节点连接

为了使底部加强区的现浇剪力墙与预制剪力墙进行连接，需对现浇剪力墙布置预留插筋，插筋的直径、数量、位置与预制剪力墙墙身竖向连接钢筋应一致，以使插筋与上层预制剪力墙内的套筒一一对应，定位误差不得大于2 mm，钢筋深入套筒内长度应根据厂家套筒参数取值。插筋平面图如图3 所示。

图3 三层插筋平面布置（局部）

2）预制剪力墙与预制剪力墙的节点连接

根据《装配式混凝土结构技术规程》JGJ 1—2014，预制剪力墙水平接缝宜设置在楼面标高处，接缝厚度宜为20 mm，穿过接缝的连接钢筋数量应满足接缝受剪承载力的要求，且配筋率不低于墙板竖向钢筋配筋率，连接钢筋直径不应小于14 mm。根据《装配式混凝土建筑技术标准》GB/T 51231—2016，当竖向分布钢筋采用“梅花形”部分连接时（“梅花形”套筒灌浆连接如图4 所示），连接钢筋同侧间距不应大于600 mm，未连接的竖向分布钢筋直径不应小于6 mm。由于重庆市预制剪力墙的使用还未大面积普及，施工工人水平参差不齐，为确保施工质量，该项目对墙身钢筋进行加强，竖向连接钢筋直径为16 mm，墙身竖向分布钢筋直径为8 mm，以保证预制剪力墙的质量和安全。

图4 竖向分布钢筋“梅花形”套筒灌浆连接构造示意

图5 水平后浇带构造示意图

各层楼面位置，预制剪力墙顶部无后浇圈梁时，应设置连续的水平后浇带，后浇带宽度为剪力墙厚度，高度不小于楼板厚度，水平后浇带应与现浇或叠合楼、屋盖浇筑成整体。水平后浇带内应配置不少于2 根连续纵向钢筋，直径不宜小于12 mm。

该项目在按上述规范进行设计时，发现如下问题：该高层建筑三层至五层剪力墙使用的混凝土标号为C35，竖向连接的水平后浇带也应使用C35 的混凝土，但是叠合楼板的现浇部分标号为C30，无法一起进行浇筑。因此，该范围区域在混凝土浇筑施工时应设置钢筋网进行遮挡，分别进行浇筑。

3）预制剪力墙与屋面层的节点连接

根据《装配式混凝土结构技术规程》JGJ 1—2014，顶层剪力墙应设置高度不小于250 mm 的圈梁，圈梁内纵向钢筋不应少于4φ12，圈梁大样如图6 所示。

图6 屋面层水平圈梁大样

3.2 预制剪力墙的竖向连接节点

1）预制墙身与边缘构件的节点连接

预制墙身与边缘构件的竖向接缝构造应满足《装配式混凝土结构连接节点构造》15G310—1～2。在该项目实际应用中，施工现场反馈预制剪力墙水平钢筋的伸出形式若采用封闭箍的形式，则施工难度较大，效率较低且施工质量较差。因此，该项目采用开口箍的水平钢筋伸出形式，以提高施工效率和质量（图7）。

图7 预制剪力墙俯视图

2）预制剪力墙之间现浇段的节点连接

该项目选取进行预制的剪力墙最长为3300 mm，在按拆分原则对其进行拆分时需拆出两段预制墙身。根据《重庆市装配式建筑装配率计算细则（2021 版）》，预制墙间不大于600 mm 的范围可计入预制构件应用范围，因此将预制剪力墙之间现浇段设置为600 mm。该项目为提高预制剪力墙与现浇段的整体性，对附加箍筋进行加强处理，连接节点大样如图8 所示。

图8 连接节点大样

4 预制剪力墙深化设计

为使预制构件生产厂家能够准确生产出项目需要的预制剪力墙，预制剪力墙深化设计图纸应包含6 个方向的视图和4 个方向的配筋透视图，并具有钢筋用量表和附件用量清单表。预制剪力墙深化设计过程中主要控制尺寸高度、配筋、附件和预留预埋等方面。

4.1 预制剪力墙高度的确定

预制剪力墙在进行深化设计时，首先应该确认的是预制剪力墙的高度。预制剪力墙的高度为层高-底部接缝高度20 mm-楼板高度，若楼板有标高升降的情况，预制剪力墙的高度应减去相应的尺寸，最终得到满足规范和施工要求的预制剪力墙高度。

4.2 预制剪力墙构件配筋设计

在对预制剪力墙进行拆分后，在软件模型中对拆分后的预制剪力墙进行配筋设置，该项目对配筋进行了适当加强，对预制剪力墙墙身的水平分布筋和竖向分布筋均采用φ8@200，连接套筒类型采用全灌浆套筒，墙身竖向连接筋排布为梅花形，竖向封边钢筋直径为12 mm。

4.3 预制剪力墙构件附件和预留预埋设计

预制剪力墙附件包括起吊用埋件、脱模斜撑埋件和拉模埋件，埋件使用的类型建议由预制构件生产厂家或施工单位指定。该项目根据生产厂家反馈，由于预制剪力墙最大重量为1.21t，因此起吊用的埋件为圆头吊钉，规格为2.5 t 埋深为170 mm，根据施工单位反馈，支撑埋件采用预埋螺母、拉模件采用预留孔洞的形式。

在使用软件生成预制剪力墙深化图纸后，需根据设备专业提资在深化图纸中增加设备点位的预留预埋。设备点位的预留预埋应与预制剪力墙中的钢筋和支撑埋件、拉模件进行避让处理，若出现无法避让的情况，宜对钢筋或各种附件的位置进行适当调整。最后应对预制剪力墙信息表进行补充和完善。该项目与生产单位进行沟通，为避免钢筋裸露问题，预留水管竖槽的尺寸定为30（宽）×25（厚）。进行预留预埋后的预制剪力墙部分深化大样图如图9 所示。

图9 预制剪力墙模板图与配筋图

5 结语

本文通过对重庆市预制剪力墙项目进行研究，提出了预制剪力墙拆分方式，并结合工程实例解决了目前采用较多的使用灌浆套筒连接方式预制剪力墙的拆分和深化设计，对装配式剪力墙的竖向接缝和水平接缝进行了要求。拆分后的预制剪力墙构件全部为一字型，受力清晰并符合规范要求，有效减少了拆分后的预制剪力墙规格数量，提高了预制构件的生产效率，可供重庆市装配整体式剪力墙结构的设计提供参考。