裝配式剪力墻結構的建模與拆分

顧添威 徐嘯林 劉昕穎 戴 璐 莫小寧

(東南大學成賢學院，江蘇 南京 210088)

目前國內大多數(shù)建筑仍然是采用現(xiàn)澆的方式施工，裝配式結構運用的比較少。裝配式混凝土結構指在工廠里將結構構件生產(chǎn)出來，再運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場拼裝。拼裝時對施工人員的能力水平有一定的要求。在合理裝配的前提下，裝配式剪力墻結構有很好的抗震性能。此外，裝配式結構與傳統(tǒng)建筑結構相比有施工速度快，工期縮短，對環(huán)境污染小,節(jié)約勞動力等優(yōu)點。

1 基本概念

1.1 裝配式剪力墻結構

“裝配式剪力墻結構”是“裝配式混凝土結構”的一種類型，其定義主要是受力構件剪力墻、梁、板部分或全部由預制混凝土構件(預制墻板、疊合梁、疊合板)組成的裝配式混凝土結構。

預制裝配式剪力墻結構可以分為部分預制剪力墻結構和全預制剪力墻結構。部分預制剪力墻結構主要指內墻現(xiàn)澆、外墻預制的結構。該結構目前已有工程示范運用。全預制剪力墻結構是指全部剪力墻采用預制構件拼裝裝配。該結構體系預制化率高，但拼縫的連接構件比較復雜、施工難度較大，難以保證完全等同于現(xiàn)澆剪力墻結構。

1.2 PKPM-BIM系統(tǒng)

PKPM BIM系統(tǒng)(簡稱PKPM-BIM)，以信息數(shù)據(jù)化、數(shù)據(jù)模型化、模型通用化的BIM理念，致力于BIM技術在項目全生命周期的綜合應用，通過統(tǒng)一的三維數(shù)據(jù)模型結構，建立建筑工程協(xié)同工作專業(yè)信息共享平臺(PKPM-BIM平臺)，集成多專業(yè)應用軟件和管理系統(tǒng)，為建筑企業(yè)提供更符合中國建筑規(guī)范和工作流程的BIM整體解決方案。具有數(shù)據(jù)共享、協(xié)同工作、大容量、高性輕量化、可視化等特點。

2 裝配式剪力墻常規(guī)拆分方法

1)對于裝配式剪力墻結構，L,T形等外部或內部剪力墻墻身長度不小于1 000 mm時，墻身一般預制，但其邊緣構件處現(xiàn)澆。外隔墻(帶梁)一般為預制。

2)邊緣構件現(xiàn)澆，基于以下因素設計：a.受力的角度，邊緣構件為重要受力部位應該現(xiàn)澆；b.邊緣構件兩端一般為梁的支座，梁鋼筋在此部位錨固，應該做成現(xiàn)澆。

3)預制外墻比較短或全部都開窗或者門洞時，預制外墻可以與相鄰剪力墻的邊緣構件(暗柱)一起預制，將現(xiàn)澆部分向內移。

4)如果預制長度太短，在滿足起吊總重量的前提下，該范圍內的剪力墻可以與邊緣構件及外隔墻帶梁一起預制，減少裝配構件的個數(shù)。

5)L，T形等形狀的外部或內部剪力墻中暗柱長度范圍內平面外沒有與之垂直相交的梁時，如果滿足起吊重量，暗柱與相鄰的外隔墻(帶梁)、墻身進行預制。

6)外隔墻或內隔墻垂直方向一側有剪力墻與之垂直相交時，如果滿足起吊重量，可將隔墻連成一塊，方便吊裝與施工。

3 拆分方案研究與運用

1)利用PKPM-BIM平臺建立剪力墻模型，減少標準層的種類，以達到少規(guī)格，多組合的目的。

2)以標準層2為例，實施板，梁，墻的拆分，以及邊緣構件和非邊緣構件的生成。

3)所有構件的尺寸均滿足模數(shù)要求。

4)拆分順序為先水平構件，后豎向構件。

3.1 疊合板

1)對擬拆分的板先指定預制屬性，原則為拆形狀規(guī)則的板；采用現(xiàn)澆的板有異形板，公共交通區(qū)域(后期會布有綜合電線管道)的板。

2)根據(jù)板區(qū)格長度比值來確定荷載傳力方向，拆成雙向板或者單向板。本例中采用雙向板。

3)考慮預制率的統(tǒng)計，將雙向板后澆帶寬度設在區(qū)間[200，300]范圍內。考慮跨中受力較大，將板拆成奇數(shù)塊板，避免后澆帶處于跨中。

圖1,圖2為拆分并按構造配筋后的雙向板。

3.2 疊合梁

1)長度較短的梁采用現(xiàn)澆，其余梁采用預制。

2)門窗洞口上方的連梁與剪力墻一起預制。

3)預制梁與后澆混凝土疊合層之間的結合面應設置粗糙面，且梁的端面設置鍵槽以增加抗剪強度，本構件將鍵槽設置為貫通截面。鍵槽深度、斜面傾角均應符合規(guī)范要求。

圖3為預制疊合梁。

3.3 剪力墻

筆者所用指定墻預制屬性的方法是：預制內外墻板均采用一字型；樓梯電梯間的墻采用現(xiàn)澆，以增強整體剛度；墻板兩側的拼接部位設在結構受力較小的部位；短肢墻體采用現(xiàn)澆。

1)預制外墻類型采用三明治(夾心保溫層)，見圖4。關于尺寸，采用模數(shù)化拆分，減少預制外墻種類，并且需考慮后期運輸與安裝，構件高度與重量要滿足限制要求。對于開有門窗洞口的墻肢，在洞口上方設置連梁，連梁與墻體一起預制(見圖5)，開洞時，洞口兩側的墻肢寬度不應小于200 mm。

2)預制內墻。相鄰兩塊預制剪力墻之間設置后澆段，在控制后澆段的寬度不小于200 mm的前提下，按照模數(shù)，將墻拆分，且遵循少規(guī)格的原則，見圖6。

3.4 邊緣構件

縱橫墻交接處的邊緣構件采用后澆混凝土。如轉角墻，有翼墻均采用后澆形式，后澆段的長度需滿足《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》中的構造要求，且要滿足結構計算要求，在布置荷載后，本結構接力PKPM計算，并由計算結果確定邊緣構件的長度以及配筋，見圖7。

4 結語

表1為預制率統(tǒng)計表。

表1 預制率統(tǒng)計匯總表(項目：裝配式剪力墻)

筆者通過先拆規(guī)則形狀板，再拆梁，形成現(xiàn)澆節(jié)點，最后拆內外墻的方法對剪力墻模型進行拆分，遵循少規(guī)格，多組合，預制構件都采用一字型，最終預制率統(tǒng)計達到45.7%。