装配式剪力墙结构竖向构件深化设计施工研究

谭正清，夏念恩

（黄冈职业技术学院 建筑学院，湖北 黄冈 438002）

引言

装配式建筑是指把大量现场作业施工生成转移到工厂进行构件制作，利用加工制作好的建筑用构件，像预制剪力墙板、预制楼板、预制楼梯、预制阳台等装配式构件现场制作安装而成的建筑。装配式建筑采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工、信息化管理、智能化应用进行生成建设，是建筑业现代工业化、数字化生产方式的方向。

我国住建部《“十四五”建筑业发展规划》发展目标[1]：智能建造与新型建筑工业化协同发展的政策体系和产业体系基本建立；要求2025 年装配式建筑占新建建筑的比例达到30%；高度重视高端化、智能化、绿色化；打造一批建筑产业互联网平台，形成一批建筑机器人标志性产品，培育一批智能建造和装配式建筑产业基地。

装配式建筑包括装配式框架结构和装配式剪力墙结构，装配式剪力墙结构中构件深化设计是智能建造施工难点[2]，目前我国智能生产基地不够完善，BIM的标准化部品部件库和部品部件智能生产工厂成品效率不高，为智能化生产造成障碍。本论文对装配式剪力墙结构竖向构件深化设计深化设计施工难点进行探索与研究。

1 项目概况

1.1 工程概况

某高层装配式住宅1 栋楼地上21 层,地下2 层和1-3 层采用现浇框架剪力墙结构，4-21 层为标准层，标准层建筑面积636.48m2，标准层采用装配式剪力墙结构，PC 构件类型构包括楼板(卫生间，楼电梯向前室、水电井除外)、空调板、楼梯梯段板、内、外墙。地上建筑面积14972.32m2，设计使用年限50 年，建筑物抗震设防烈度7 度，预制装配率为50.2%。本项目采用标准化设计，两梯设计，一梯四户，每层8户，对称结构，大户型4 户，小户型4 户（见图1）。

图1 标准层平面图

1.2 本工程采用的规范及图集

《装配式剪力墙结构设计规程》DB11/1003-2013、《装配式混凝土结构技术规程》JGJ 1-2014、《桁架钢筋混凝土叠合板》15G366-1、《预制钢筋混凝土板式楼梯》15G367-1、预制钢筋混凝土阳台板、空调板及女儿墙15G368-1、《装配式混凝土结构连接节点构造》G310-1～2(2015 年合订本)。

1.3 装配式剪力墙结构PC 构件

本项目预制剪力墙外墙板采用夹芯保温复合墙板（YWQ）、预制外墙模板（PCF）；内墙采用普通预制装配式普通墙板。上下层墙板的竖向钢筋采用套筒灌浆连接；相邻墙板之间的水平钢筋采用整体式接缝连接。

叠合楼板采用60mm 厚桁架钢筋混凝土叠合板底板，按双向板底板设计，采用整体式接缝。

2 装配式剪力墙结构竖向构件深化设计分析

2.1 装配式剪力墙构件平面拆分

A 单元（对称）装配式剪力墙构件夹芯保温复合墙板、普通内墙板、墙节点连接处预制外墙模板（PCF）3 大类。预制墙平面布置图（拆分图）提供预制墙构件的平面位置、标识、重量等信息，为后面深化设计提供依据。

A 单元（对称）标准层夹芯保温复合墙板（图2）平面拆分YWQ-1228、YWQ-2128～YWQ-4613 共计36 件（18 种），4-21 层为夹芯保温复合墙板标准层共计648 件，夹芯保温复合墙板深化设计施工种类多，安装难度大，工作量大，建筑施工成本高。

图2 预制夹心保温墙

A 单元（对称）标准层普通内墙板平面拆分YNQ-2228、YNQ-2928～YWQ-3828共计30件(4种），4-21层为夹芯保温复合墙板标准层共计540 件，装配式预制普通内墙相对夹芯保温复合墙板种类不多，利于装配式深化设计施工。

A 单元（对称）标准层预制外墙模板（PCF）需要根据现场现浇竖向剪力墙尺寸进行尺寸设计和加工。

实现标准化的关键点则体现在对预制构件的科学拆分上，预制构件的科学拆分是装配式建筑结构设计的核心工作。预制构件科学拆分对建筑功能、建筑平立面、结构受力状况、预制构件承载能力、工程造价等都会产生影响[3]。

2.2 装配式剪力墙结构竖向构件深化设计

以A 单元（对称）标准层夹芯保温复合墙板YWQ-1928 为例，装配式剪力墙构件深化设计内容--需要提供预制墙构件的截面形状、尺寸、预制高度、预埋件、预留洞、灌浆套筒等信息。

标准层夹芯保温复合墙板YWQ-1928由60mm预制外叶墙板+90mm 预制保温墙板+200mm 预制内墙板三部分组合而成（图3）。

图3 预制夹心保温墙YWQ-1928 顶部尺寸设计

200mm 预制内墙板深化设计内容包括内叶板尺寸1900*2640mm，12 根C16 墙身竖向连接钢筋，10根C6 墙身竖向非连接钢筋，26 根C8 墙身外伸水平钢筋,4 根C8 墙身不外伸水平钢筋,2 根C8 墙身套筒区水平钢筋。底部采用全灌浆套筒连接下层夹芯保温复合墙板，选用GTQ4Z-16 套筒。200mm 预制内墙板深化设计见下图4。

图4 预制夹心保温墙YWQ-1928 内叶板配筋图

3 装配式剪力墙结构竖向构件深化设计施工难点

3.1 竖向构件标准化设计

建筑产业化的核心是生产工业化，生产工业化的关键是设计标准化，预制构件深化设计应考虑工程实际加工制作、吊装、运输、堆放等情况。设计人员进行平面设计和构件拆分设计时受传统现浇结构影响，体型和平面设计基本还是参考现浇框架剪力墙住宅设计思路，造型复杂，导致预制装配式竖向构件种类多，深化设计难度大。以本项目为例，标准层保温夹芯板外墙有36 件（18 种），普通装配式剪力墙30 件(4 种），连接竖向预应力构件构造边缘构件后浇段GHJ 外侧PCF 板有24 种，一个标准层竖向构件种类达到46 种，种类过多不利于批量生产和降低成本。

解决措施：从政策源头解决设计问题，提供全国统一标准图集，标准化户型，户型组合，减少造型复杂建筑，做到竖向构件标准化程度高，数量少，构件数量大，利于工业化生产。

3.2 专业协同

深化设计内容包括建筑和机电专业所需的预留孔和预埋管线、埋件等，发生碰撞的预留预埋应协同各专业进行设计调整。碰撞类型有2 种，一种是单专业设计深度不够，单专业发生碰撞；另外一种是多专业碰撞，多专业协同工作情况[4]。

解决措施：运用信息化设计（BIM）技术提升设计精度，解决专业协同工作问题。通过模型的建立实现构件数字化、信息化、施工模拟化，实现构件加工精准。装配式建筑全产业链应用BIM，既能提升项目的精细化管理和集约化经营，又能提高资源使用效率、降低成本、提升工程设计与施工质量水平。下图为本项目预制夹心保温墙YWQ-2128ABIM 模型以及与构造边缘构件后浇段GHJ10 连接情况，做到可视化、数字化，为后面工业化生产和施工安装提供数据服务，应用BIM 模拟构件加工制作过程，降低返工可能（图5）。

图5 预制夹心保温墙YWQ-2128ABIM 模型

3.3 竖向构件PC 构件成品运输和保护

竖向构件PC 构件成品保护是装配式剪力墙结构施工中关键一环，原因在于施工场地狭窄，PC 构件种类多,构件现场堆放场地、堆放方式、成品保护等要求高。

解决措施：利用BIM 技术进行三维场地模拟，将场地布置图进行三维模拟，将很好的提供给相关人员平面与空间上的参考依据。再结合实际施工情况对场地进行优化，根据场地布置图、场地布置模型与项目的实际进度所产生的需求，能够直观的、科学的、合理的对场地布置提出优化建议和场地布置优化调整。预制构件运至现场后，根据总平面布置进行构件存放，构件存放应按照吊装顺序及流水段配套堆放，按照《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014）进行成品保护[5]。

竖向构件PC 构件体型大、种类多、数量大，对运输能力要求比较高，特别是内外交通组织要求高。

解决措施：根据施工现场的吊装计划，提前一层将所需型号和规格的外墙板运至施工现场。在运输前应按清单仔细核对墙板的型号、规格、数量及是否配套；提前制定构件运输方案，尽量避开市内拥挤路段和高峰时段。并设置多条运输方案，同时深入了解运输车辆将要经过的主要桥梁、隧道等，看是否能满足车辆通行。

3.4 预制夹心保温墙与构造边缘构件后浇段连接

预制夹心保温墙与构造边缘构件后浇段连接（图6）也是质量控制中的关键，取决于预制夹心保温墙连接筋的定位及校正技术，竖向构件底部与楼面保持20mm 间隙控制难度大，20mm 坐浆质量控制也是施工难点，竖向构件连接拼缝处理直接影响外墙防水质量。

解决措施：采用20mm 的垫片，并采用测量仪器,确保竖向构件安装就位后符合设计标高；灌浆料的拌合和使用严格按照技术要求执行，灌浆施工前，采用座浆料对该接缝进行分仓，形成灌浆空腔，封堵严密,避免漏浆导致灌浆不密实；预制夹心保温墙在深化设计时采取增设斜坡、横缝处做企口等措施，外装饰面之间的缝隙外侧采用聚氨乙烯棒填塞,填塞完毕后从内侧打发泡胶后用壁纸刀修平。

3.5 预制夹心保温墙套筒灌浆施工及保护

预制夹心保温墙套筒灌浆施工是装配式建筑施工中的最难解决的问题。其主要原因是因为工厂预制中对外漏钢筋的误差引起的。另外在运输与安装过程中发生变形，没有及时校正导致偏位。在安装过程中反复校正导致钢筋失效，从而影响连接质量。

解决措施：深化设计需要仔细核对，避免偏差，预制夹心保温墙严格执行相关标准规范要求，保证外漏钢筋不产生误差；运输和安装过程对外漏钢筋进行保护，发生变形需要及时校正[6]。在外墙板、内墙板吊装前，应测量检验外露钢筋长度，确保灌浆部位外露钢筋长度符合标准规定，现场无割筋情况。

4 结语

目前建筑行业在转型升级阶段，装配式建筑发展迅速，百花齐放。装配式剪力墙结构竖向构件是所有预制构件里面最复杂的部分，也是出现问题较多的构件。从竖向构件拆分、深化设计及施工出现的重难点控制及解决措施进行分析和研究，解决了一些急需解决的问题。

装配式建筑是我国未来建筑业的发展趋势和方向，是构建绿色环保型社会的重要内容，在缩短建造施工期限、降低材料消耗、实现绿色环保目标、形成流水线工业化等方面具有巨大优势。未来，装配式建筑产业在规模、政策、标准、技术、管理和产业链将更加完善，产品质量会提升，相应的工程造价也会随之下降，市场竞争力的提升，朝着高端化、智能化、绿色化方向发展。