預制雙面疊合墻板在地下室中的應用

■ 樊 驊 FAN Hua 方松青 FANG Songqing 惲燕春 YUN Yanchun

0 引言

2016年2月6日，中共中央國務院發布的《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》中指出，“積極推廣應用綠色新型建材、裝配式建筑和鋼結構建筑，力爭用十年左右的時間，使裝配式建筑占新建建筑比例達到30%”。《國家十三五綱要》（2016年3月17日）也明確提出“提高建筑技術水平、安全標準和工程質量，推廣裝配式建筑和鋼結構建筑”。大力推動裝配式建筑的發展，已成為目前建筑產業發展的重中之重。

1 預制雙面疊合墻板構造

雙面疊合板剪力墻結構具有較好的自動化程度及安全性，是一種值得在建筑領域推廣的結構形式。近年來，這種預制疊合墻板不僅應用于上部結構，在地下工程中也得到了很多應用。在安徽、浙江、上海地區，就有很多預制疊合墻板在地下車庫中應用的成功案例，如濱湖順園、濱湖康園人防地庫、中紡CBD、寶業上海中心等，均采用預制雙面疊合地下墻板。

預制雙面疊合墻板（圖1）由兩片鋼筋混凝土內外葉預制墻板組成，通過桁架鋼筋連為整體。預制墻板已根據設計要求配置了受力和構造鋼筋，構件在工廠生產完畢后，運輸到現場進行安裝，并在內外墻板中間澆筑混凝土。

預制疊合墻板用于地下室墻體時，主要承受上部結構傳來的豎向荷載和室外填土作用在墻板上的水土合力，預制墻板主要承受軸力、平面外彎矩和剪力作用。地下預制疊合墻板與預制疊合剪力墻受力模式有很大的差異，且與基礎底板交接處存在水平拼縫，拼縫處混凝土有效計算厚度減小，因而全現澆計算模型無法直接應用于該體系中，有必要從結構力學性能、節點構造、深化設計等幾個方面對該體系進行研究。寶業·愛多邦大型居住社區的地下室墻板便是該結構形式在上海地區住宅工程中的首次應用。

圖1 預制雙面疊合墻板構造及示意圖

圖2 寶業·愛多邦項目全景圖

圖3 地下室結構平面布置圖

圖4 寶業·愛多邦地下車庫預制墻板實景圖

2 工程概況

寶業·愛多邦（圖2）位于上海市青浦區青浦新城東部，占地面積27 938.2m2。基地北側是城市次干道規劃四路，南側是北淀浦河路，東側是規劃五路，西側毗鄰配套學校。項目地上建筑面積56 917.49m2，包括8棟16～18層裝配式住宅及商業配套、垃圾房和變電站，住宅采用雙面疊合板式剪力墻結構和裝配整體式剪力墻結構形式，商業配套采用裝配整體式預應力-框架結構體系。

地庫地下室共1層，建筑面積26 300.86m2，平面略呈扇形（圖3），長軸約193.8m，短軸約143.05m；地下室頂標高-1.65m，層高3.95m，主要作為停車庫和設備用房，除高層住宅范圍外，均采用鋼筋混凝土框架結構體系，樓面采用現澆鋼筋混凝土梁板體系。

單體范圍內地下室2層，層高為3.0m、2.8m，嵌固在各單體相應的地下夾層。

因地下室為超長結構，設計時采取在外墻迎水面保護層內設置鋼筋網片、合理設置溫度后澆帶并在后澆帶、外墻、底板及頂板混凝土中摻入抗裂纖維等措施來控制結構的收縮裂縫，在各單體四周外擴一跨設置沉降后澆帶，并適當設置溫度后澆帶，以減小結構不均勻沉降及溫度應力的影響，地庫東面和南面采用預制雙面疊合墻板（圖4）。

3 疊合外墻計算模型

疊合外墻總高4.15m，外墻厚380mm，其中預制雙面疊合墻板外葉板厚度80mm，內頁板厚度60mm，基礎底板采用500mm現澆混凝土筏板，頂板現澆混凝土樓板厚250mm。頂板頂標高為-1.65m，底板頂標高為-5.80m，現澆基礎底板翻邊高300mm（圖5）。

圖5 預制墻板結構簡圖

圖6 兩種計算方案水平力作用下彎矩示意圖

預制墻板通過基礎筏板頂部預留豎向插筋的形式與基礎相連，連接處存在水平拼縫，拼縫處現澆混凝土厚度240mm，預制層總厚度140mm。由于拼縫的存在，故應有針對性對疊合墻板進行截面設計，設計過程中要確保計算分析模型與工程實際、試驗受力工況相一致。截面設計時考慮如圖6所示兩種可能的計算方案。

3.1 抗彎承載力計算模型

計算方案一按照上、下皆按鉸接的方案進行。此種方案，在水平力作用下，墻板最大彎矩出現在跨中，支座處截面彎矩為零。截面計算厚度考慮如下：①跨中截面無拼縫，可按全截面進行設計，截面計算厚度采用總厚度80+240+60=380mm，考慮兩側預制層均參與結構計算；②支座截面處無彎矩。

計算方案二按照底部固結，上部鉸接的方案進行。此種方案，在水平力作用下，墻板最大彎矩出現在下部支座處。截面計算厚度考慮如下：①跨中截面無拼縫，可按全截面進行設計，截面計算厚度采用80+240+60=380mm，考慮兩側模板均參與結構抗彎承載力和斜截面抗剪承載力計算；②支座截面處彎矩最大，在水平力作用下，混凝土外墻外側鋼筋受拉，內側混凝土受壓，故此處截面計算厚度采用240+60=300mm，即不考慮外側模板參與結構計算。

考慮到底板的剛度遠大于混凝土外墻的剛度，即使外墻支座處按構造配筋，也很難做到真正的鉸接，極易產生裂縫發生開裂而導致地下室漏水。故最終取計算方案二，按照下固上鉸進行計算；承載力計算時，支座處截面不考慮外側預制層厚度，中間截面按照全截面考慮。

3.2 裂縫計算模型

疊合墻板用在地下室外墻時，存在較多的接縫，在設計施工中應重視并處理好防水問題。本過程中，通過兩種方法予以解決。

（1）對于疊合墻體底部，按照現澆厚度240mm進行裂縫驗算，確保按照最不利截面也能滿足裂縫控制要求。

（2）防水構造：①在現澆部位埋入特種改性瀝青止水鋼板；②在拼縫處嵌縫砂漿；③墻體外側設置2mm+2mm聚合物水泥砂漿防水層或防水涂料兩層。截面配筋及構造圖見圖7。

4 平面外靜力推覆試驗

寶業集團與同濟大學進行了2片疊合剪力墻平面外水平力作用下試驗，通過疊合剪力墻試件足尺模型的低周反復荷載試驗，研究疊合剪力墻及其現澆對比試件在剪力墻平面外方向的破壞形態與破壞機制、承載力、延性、耗能能力等抗震性能指標，并基于試驗研究成果，對疊合剪力墻試件平面外的結構安全性進行驗證。

試件（圖8、9）的設計軸壓比均為0.2，混凝土強度等級為C30，鋼筋強度等級均為HRB400級。試件尺寸為2 900mm（高）×450mm（寬）×200mm（厚）。

試驗均在同濟大學建筑結構試驗室完成。采用2 000kN千斤頂施加豎向荷載，并保持軸力恒定；當加載至預定試驗軸壓比后，采用500kN水平作動器施加往復水平力。采用英國Solartron(SI35951BIMP)Instrument數據采集系統進行數據采集。

4.1 滯回曲線

兩片剪力墻平面外頂層荷載-位移滯回曲線見圖10、11。

4.2 骨架曲線

兩片剪力墻平面外骨架曲線見圖12。

4.3 試驗結論

通過對試件的試驗分析，可得出以下結論。

（1）試件均發生受彎破壞，破壞形態為豎向受拉鋼筋屈服，受壓區混凝土壓碎。

（2）現澆試件ROW-1的極限承載力平均值為17.00kN，疊合試件POW-1的極限承載力平均值為15.66kN，二者相差約8%，這表明疊合剪力墻平面外受彎承載能力設計可參照現澆混凝土剪力墻的相關規定。

（3）現澆剪力墻ROW-1與疊合剪力墻POW-1的滯回曲線包圍面積均較大，骨架曲線下降段比較平緩，表現出良好的抗震性能。

（4）疊合剪力墻在平面外具有良好延性。疊合剪力墻POW-1的延性系數平均值為2.61，與現澆對比試件相差不到2%。

（5）疊合剪力墻邊緣構件平面外的總體耗能能力較好，疊合剪力墻的耗能略低于現澆試件。二者的剛度退化規律相近。

圖7 疊合外墻配筋圖

圖8 試件ROW-1施工圖

圖9 試件POW-1施工圖

圖10 試件ROW-1的滯回曲線圖

圖11 試件POW-1滯回曲線圖

5 結果對比

按照計算方案二上鉸下固的支座條件，在已知墻體配筋確定的條件下，分別對全現澆模型和預制模型（不考慮外側預制層厚度）進行墻體的抗彎承載力計算。計算結果如表1所示。

表1中的受拉鋼筋保護層厚度，現澆模型采用實際值50mm，預制模型為墻板外葉板內側與縱向插筋凈間距10mm。可知，在相同的配筋條件下，本文所取計算模型比全現澆模型的承載力降低（268-231）/268=13.8%。

從上文試驗結論（2）得出，疊合剪力墻平面外受力過程、破壞模式與現澆結構基本一致，平面外受彎承載力設計可參照現澆混凝土結構的相關規定進行。同時，在其他截面參數一致的情況下，疊合剪力墻平面外極限承載力比全現澆構件承載力略低8%。由此可見，本工程采用現澆混凝土地下外墻抗彎承載力的計算方法進行計算，其計算結果合理且較安全。

表1 墻板彎矩設計值計算表

6 構件深化設計

構件深化設計時，要對預制構件在脫模、翻轉、運輸堆放過程中混凝土強度、構件承載力、構件變形以及吊具、預埋吊件的承載力進行驗算。構件深化圖中，需明確預制構件外形尺寸圖、配筋圖、預埋吊件及埋件的細部構造圖等。

6.1 單塊墻板的尺寸

單塊墻板的尺寸不宜過大，也不宜過小，最大尺寸主要考慮自動化流水線模臺的大小、運輸車的要求。本項目中，單塊墻板的尺寸控制在2.8m以內；單塊墻板中桁架鋼筋不少于兩榀，桁架鋼筋的布置要求滿足圖13的要求，經計算，單塊墻板厚度不宜小于600mm。

圖12 試件ROW-1/POW-1的骨架曲線圖

圖13 地下墻板中鋼筋桁架的布置要求

圖14 疊合墻板豎縫連接大樣圖

圖15 疊合墻板與現澆外墻連接大樣圖

6.2 單塊墻板的重量

墻板的重量必須統籌考慮施工用塔吊的吊裝能力，塔吊的起重量與塔吊的型號和臂長有很大的關系。本工程根據現場塔吊的平面布置，墻板的最大重量控制在4t以內。

6.3 墻板的節點連接構造

本工程中，疊合墻板節點連接類型分為疊合墻板豎直拼縫連接、疊合墻板與全現澆外墻連接節點、疊合墻板與后澆帶連接節點、疊合墻板與框架柱連接節點及疊合墻板轉角處連接節點。各連接節點構造圖如圖14～17。

當雙面疊合墻板作為地下室外墻使用時，為了增強外墻的防水效果，增加防水路線的長度，在轉角處采用內外頁墻板錯開的方式。本項目中，對內外墻板錯開200mm，以增加防水路線的長度。

圖16 疊合墻板與施工后澆帶連接大樣圖

圖17 疊合墻板與框架柱連接大樣圖

6.4 機電管線及孔洞要求

預制雙面疊合墻板上的線盒、消防線管、預埋件、開孔開洞等，均需在深化圖紙中明確表示，并在工廠構件生產時已進行預埋和開孔。因此，在墻板拆分過程中，要避免預埋線盒線槽、預埋件和墻頂預留梁槽橫跨兩跨墻板而不在同一塊墻板上，給構件生產和安裝施工帶來不便。

7 結語

綜上所述，本文以寶業·愛多邦為工程背景，針對預制疊合地下墻板進行分析，分析其力學性能，并結合疊合剪力墻平面外靜力推覆試驗結果，明確地下疊合墻板的計算模型，并總結歸納該結構體系在工程應用中的關鍵技術。

（1）當預制雙面疊合墻板作為地下室外墻板使用時，截面抗彎承載力計算可采用與現澆混凝土墻相同的計算方法。

（2）預制雙面疊合墻板底部抗彎計算時，不考慮外葉預制墻板參與承載力計算，僅需考慮中間現澆段和內葉預制板參與受力；底部拼縫處裂縫計算時，僅考慮中間現澆混凝土的厚度參與計算。

（3）在結構深化設計階段，要對預制件進行脫模、吊裝、運輸、安裝、施工階段的結構承載力計算。

（4）構件深化時，應綜合考慮結構設計、機電管線、構件制作、構件運輸安裝各階段的要求，確保構件單板圖表達清晰明確。