裝配整體式剪力墻結構住宅設計

楊喜梅（上海寶冶集團有限公司建筑設計研究院，上海 200941)

1 項目概況

建設地點：11011 街道 0006 街坊 P 1 宗地，南鄰錦秋路，東臨瑞豐路，北側為社區服務中心，西側為經濟適用房小區。

工程名稱：寶山區大場鎮祁連社區 W 121601 單元 A 03-04 地塊動遷安置房項目。

本工程由 3 棟 18 層高層住宅、1 棟 11 層住宅、1 棟 4層共建配套、地下車庫、PT/PK 型站及門衛等組成；用地性質為居住用地。總建筑面積：43 548.55 m2，其中地上建筑面積 36 681.0 m2，地下建筑面積 6 867.55 m2，地下車庫面積為 5 202.37m2。除地下車庫、PT/PK 型站及門衛之外的單體均采用 PC（precast concrete）結構。

2 結構概況

本工程建筑設計耐久年限 50年；18 層住宅為一類高層，11 層住宅為二類高層，建筑抗震設防烈度為 7 度，設計基本地震加速度為 0.1 g，設計地震分組為第一組，場地類別為 Ⅳ 類。3 棟 18 層住宅和 1 棟 11 層住宅采用裝配整體式剪力墻結構，1 棟配套共建采用裝配整體式框架結構。本工程預制構件范圍包括所有墻體（標高范圍 5.730～52.130 m）、外梁（標高范圍 8.630～52.130 m）、部分樓板、陽臺、空調板、飄窗。預制率預計控制在40% 以上。住宅基礎采用樁基礎（PHC 管樁）；配套共建因鄰近地鐵，基礎采用灌注樁。

3 本工程 1 號樓的結構設計

3.1 結構體系選擇

結構體系的選擇是實現 PC 結構的關鍵。目前 PC 住宅常用的結構體系有：預制剪力墻結構、疊合剪力墻結構、異形柱結構、框架結構（框架剪力墻結構）4 種結構型式。通過綜合比較，本工程采用預制剪力墻結構。此結構體系的優點是室內規整，無外露的梁柱，比較能適應目前內地的住房消費習慣。缺點是：連接比較復雜；外墻為受力結構，與保溫材料一起預制難度大。

3.2 結構計算參數選擇

結構計算采用建研院的設計軟件 PKPMV 3.1.4，此版本軟件具有裝配式結構的計算功能。結構體系選項可以選擇裝配整體式剪力墻結構，勾選此項就可以滿足 JGJ 1— 2014《裝配式混凝土結構技術規程》中的 8.1.1 要求。即：抗震設計時，對同一層內既有現澆墻肢也有預制墻肢的裝配整體式剪力墻結構。現澆墻肢水平地震作用彎矩、剪力宜乘以≥1.1 的增大系數。否則在調整信息 2 中的全樓地震作用放大系數中放大各層地震效應系數。

混凝土自重問題：GB 50009 — 2012《建筑結構荷載規范》中混凝土自重為 24～25 kN/m3，無機保溫砂漿雙面抹灰 20 mm 厚(0.040×17/0.2=3.4 kN/m3)。這樣墻自重取24+3.4 = 27.4 kN/m3。

周期折減系數：JGJ 3 — 2010《高層建筑混凝土結構技術規程》中 4.3.17 規定剪力墻結構可取 0.8～1.0。本工程根據預制外墻和主體結構的連接形式，確定周期折減系數為0.9。

連梁剛度折減系數：JGJ 3 — 2010 中 5.2.1 規定，高層結構地震作用效應計算時，可對剪力墻連梁剛度予以折減，折減系數≥ 0.5。本工程折減系數采用 0.6。

3.3 針對本工程的計算考慮

為了剪力墻軸壓比控制在 0.3 以內，減少剪力墻約束邊緣構件，從而降低造價，故一、二層剪力墻采用 C 45 混凝土等級。

部分大空間樓板采用 130 mm 厚疊合板；電梯洞口周邊現澆板加強采用 130 mm；其余現澆板采用 100 mm 或 110 mm。本工程采用 70 mm 預制 +60 mm 現澆，預制樓板通過粗糙面及桁架鋼筋與現澆部分連為整體共同受力。梁剛度按 T 型截面設計，板厚計算時取疊合板總厚度，梁端負彎矩調幅系數取 0.85，對梁配筋按計算面積并滿足 PC 預制構件的要求：每層配 2 根鋼筋，可采用 2/2 的方式，同一構件鋼筋數量固定，可調整鋼筋直徑；本工程梁的配筋基本能滿足PC 預制的要求，一般現澆的情況下配 2 根或 3 根鋼筋。為滿足 PC 預制，3 根的調整成 4 根，比如 3 根 16 mm（面積603 mm2）可以修改為 4 根 14 mm（面積 616 mm2），面積增加不多。

圖1 是 1 號樓為標準層的左側平面圖（右側與左側同），因為飄窗和空調板的布置不居中，致使結構計算南面房間角部的墻體配筋面積偏大。如果窗戶居中，對結構方案合理，受力均勻；窗戶居中和不居中 2 層墻配筋面積見圖2和圖3。

圖1 左側標準層平面圖

圖2 局部墻配筋平面圖（窗戶居中）

圖3 局部墻配筋平面圖（窗戶不居中）

圖2 是窗戶居中的墻配筋面積，最大面積 18 cm2，墻長度為 1 100 mm，可以在 200 mm×1 100 mm 面積內配 18 cm2的鋼筋，圖3 是窗戶不居中，長肢端配筋沒有問題，短肢端長度＜800 mm，要按柱配筋，采用并筋的形式才能滿足受力要求。

因為是裝配整體式剪力墻結構，所以墻的配筋也要滿足預制構件的要求。詳圖深化設計單位對墻配筋的要求是：①預制約束（構造）邊緣構件不應采用并筋形式；②200 mm厚墻體布置 2 排鋼筋；③同一墻段豎向鋼筋僅變直徑，鋼筋根數和間距不變，且變更直徑是相鄰一層遞增或遞減，以減小套筒成本。為滿足甲方對飄窗和空調板的要求，現結構方案按窗戶不居中布置，按目前的計算結果，鋼筋如何配筋能滿足規范和設計要求，又能滿足 PC 預制剪力墻的要求，是一個難題。單從結構設計的概念出發，采取窗戶居中的設計方案合理些。

圖4 帶洞口墻體實體圖

剪力墻（套筒在上，插筋在下，見圖4），因為鋼筋要插到套筒里面，套筒和套筒之間要有一定靜距要求，而 200 mm 的墻體只能放 2 根鋼筋，所以以上采用并筋形式不能滿足 PC 預制剪力墻的要求。由此可見，裝配整體式剪力墻結構的設計是一個綜合的設計過程，需要甲方、設計、施工、詳圖深化、構件廠等幾方共同配合，才能做到既能滿足功能要求，也能結構合理，配筋適當，盡量不出現短肢墻，才能滿足 PC 預制等各方要求。

根據 JGJ 1 — 2014 中 8.3.1.1 條，當接縫位于縱橫墻交界處的約束邊緣構件區域時，約束邊緣構件的陰影區域宜全部采用后澆混凝土，并應在后澆段內設置封閉箍筋。

對裝配式結構，PC 詳圖設計同樣須滿足規范要求。對構件深化圖的審核，原則上需要設計單位、施工單位、加工單位三方面審核。設計單位主要審核內容為構件的截面、配筋及節點做法是否滿足設計需要。構件深化圖復雜之處是需要與施工、加工、部件采購相聯系，需要互相配合提資互相審核。需要業主、設計、施工、加工廠 4 個方面單位配合，業主主要需要確定前期的建筑設計方案，材料采購，主要是保溫材料、連接件等材料的采購及選型。與現澆結構相比，增加了很多環節，增加了很多部分相互配合的地方。

地下室頂板作為上部結構的嵌固端，地下室頂板厚度取180 mm，雙層雙向配筋，同時滿足地下室結構的樓層側向剛度大于結構地上一層的樓層側向剛度的 1.5 倍。

3.4 工程節點構造

本工程樓梯三層以上全部采用預制，預制節點按國家標準圖集 15 G 367—1《預制鋼筋混凝土板式樓梯》標準節點做法。實際施工時可以根據圖紙選用改圖集，且根據圖集要求，在預制樓梯板施工前，應根據設計要求和施工方案進行必要是施工驗算。

本工程所有陽臺全部采用預制陽臺，預制陽臺負筋延伸至樓板內至少 (40～50)×d(直徑)，陽臺底板鋼筋延伸至樓板內至少 38×d(直徑) 以上，與板通長鋼筋焊接，整體澆筑。對懸挑構件，嚴格控制裂縫和撓度，適當加大配筋。施工時陽臺板下設置支撐。

本工程所有空調板均采用預制，連接節點見圖5。

預制鋼筋混凝土空調板示意圖

4 結 語

（1）建筑設計應重視平面、立面和豎向剖面的規則性對抗震性能及經濟合理性的影響，宜擇優選用規則的形體，其抗側力構件的平面布置宜規則對稱，側向剛度沿豎向宜均勻變化、豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免側向剛度和承載力突變。

（2）整體計算采用和現澆結構相同的方法，另外考慮到裝配整體式剪力墻結構的特點，須滿足現澆結構的規范以外，尚應滿足JGJ1—2014的相關規定。設計中力求設計模型符合實際結構的受力情況。

（3）裝配整體式剪力墻結構體系，所有墻體、梁、樓板、樓梯、陽臺、空調板、飄窗、女兒墻等構件均可采用工廠化加工的標準預制構件，根據預制裝配式住宅的生產和加工條件，采用部分預制、部分現澆、節點現澆的建設方法。

（4）裝配整體式剪力墻結構設計上盡量做到符合抗震概念設計，遵循：“強剪弱彎，強連接弱構件，節點更強”的原則。重視連接和節點，保證結構的整體穩定性。

（5）從本次設計反映出的問題上，今后更應該加強甲方、設計、PC 深化、構件廠、施工單位等各方的協調，從而使建筑方案能滿足使用功能、節能、保溫、規劃等要求外，應保證結構方案更合理，保證 PC 預制構件能夠順利實施，使 PC 構件的規格盡量少，從而減少模板，降低造價，實現 PC 工程的整體效益。