裝配式混凝土多層墻板結構設計與施工

李宇文

衡陽遠大建筑工業有限公司 湖南衡陽 421000

裝配式混凝土多層墻板結構房屋形式上與上世紀80 年代的大板房有相似之處。當時以北京為代表的很多城鎮興建了一批全裝配化的住宅，光北京地區年竣工面積就從1975 年的28 萬平米增值至1984 年的52.4 萬平米，據不完全統計，這一時期北京市建成的裝配式住宅總計1000 萬平米[1]。但是隨著防水、冷橋、不易裝修等一系列問題的出現，同時90 年代現澆體系的完善，大板房的建設逐漸萎縮。1991 年建設部頒布《裝配式大板居住建筑設計和施工規程》JGJ1-91 之后25 年的時間無標準和技術規程更新。直到2014 年10 月開始實施的《裝配式混凝土結構技術規程》中才再次提及多層裝配式剪力墻結構的設計要求。隨后2017 年6 月開始實施的《裝配式混凝土建筑技術標準》中才對裝配式混凝土多層墻板結構建筑有了比較明確的定義和設計標準。

裝配式混凝土多層墻板結構房屋主要由預制墻板和疊合樓板組成，不需要現澆柱、現澆剪力墻、現澆梁板。主要特點是建造快速、預制程度高、現場幾乎沒有不需要模板；同時也對預制構件的生產精度，運輸方案，施工工序提出了更高的要求。而且在方案和深化設計階段就需要考慮到建筑全流程，要根據當地市場上現有的施工機械、建筑材料和運輸設備合理拆分預制構件，否則設計出的項目根本無法實施或是需要增加大量的措施費用。

1 裝配式混凝土多層墻板結構房屋的設計要求

1.1 戶型的選擇

采用多層墻板結構的房屋戶型平面上應避免采用弧形、三角形、多邊形的設計；因為弧形的預制混凝土墻板要采用立體磨具生產，成本高、效率低；三角形、多邊形的樓板在工廠生產和現場安裝就位過程中不易控制角度。避免使用大空間房間和長寬比過大房間的設計。由于此結構形式沒有梁，所以房屋凈空的大小直接決定了樓板的厚度。一般而言凈空超過4.5 米，樓板的厚度超過130 毫米房屋的經濟性就會受影響。而設計長寬比大的房間，樓板就要按單向板計算，不利于發揮構件全部里力學性能。房屋的整體寬度和長度也是要在設計方案階段考慮的問題。由于這類房屋的建設周期比較快，選用汽車吊進行構件吊裝比選用塔吊節約成本，而汽車吊的吊裝范圍受場地和高度的限制，所以如果建筑的短邊尺寸超過20 米就要求使用型號比較大的汽車吊進行安裝。同時如果建筑單體長度超過50 米，同一層構件吊裝過程中就需要移動吊車，延長吊裝的時間[2]。

1.2 構件設計的限制因素

采用多層墻板結構房屋構件主要包括疊合樓板、外墻、內墻、歇臺板，預制樓梯，空調板。內墻和外墻設計首先要考慮建筑單層的高和生產線的臺車的尺寸。現在國內的PC（Precast Concrete）生產線臺車的寬度主要是3.5m 和4m 兩種，能生產板的最大寬度為3.1m 和3.6m。所以在建筑設計時要根據生產能力來設計層高。一般情況層高3.2 米能滿足住宅、公寓、小型辦公樓的使用要求，如果設計層高超過生產線的范圍，就要在建筑上采用其他可靠的措施。同時內墻和外墻尺寸還要考慮到運輸的限高問題。一般城市道路的運輸限高為4.5m，而常用的掛車板高1.5m。如果運輸高度超過3m 的墻板就需要使用高低掛車來運輸。在墻板設計是要綜合考慮生產和運輸的限制因素，確定哪個因素為控制因素，從而確定尺寸的限值。疊合樓板的設計寬度也受生產線臺車寬度，和道路運輸限寬的限制。但是由于可以把單個房間的樓板設計成單向板，且長度方向基本能滿足房間開間尺寸的需要，所以樓板設計受生產運輸限制較小。設計疊合樓板時主要考慮受力方向、配筋、桁架、水電預留等。

1.3 施工流程

（1）樁基礎和基礎梁；

（2）澆筑混凝土矮墻；

（3）吊裝一層裝配式墻板：找平層抹灰→起吊就位→臨時固定；

（4）套筒灌漿+墻板拼縫灌漿；

（5）搭設樓板支撐及調平；

（6）疊合樓板吊裝就位；

（7）水電管線預埋；

（8）預埋鋼筋校正

（9）樓面混凝土澆筑；

隨后重復步驟3 到步驟9 直到屋面。

2 案例分析

項目背景：本工程為衡陽市湘南紡織產業基地服飾園標準廠房（一期）建設項目，建設地點位于衡陽常寧市，東靠許廣高速收費站，西臨東外環路。本工程總用地面積約61106 平方米。項目包括6 棟多層墻板結構的綜合樓，共5 層，首層高3.6 米、2-5 層層高3 米，建筑高度為15.6 米。標準層面積631.65 平方米，出屋面樓梯間面積為26.79 平方米，單棟建筑面積為2641.54 平方米。綜合樓一層為食堂和活動室，二、三層為辦公室，四、五樓為倒班休息室。一樓房間尺寸和層高大于二-五層。

2.1 首層墻板設計

由于一層的層高為3.6m，而衡陽當地的預制構件生產廠家生產臺車的最大高度為3.2 米（寬度方向可達-10 米），無法達到設計層高要求。需要在一層裝配式墻板下預先現澆高度為60 厘米的剪力墻并預留間接鋼筋，同時預制3 米高的裝配式墻板現場安裝。這樣可以避免墻板翻轉的工序，同時一層墻板可與其他標準層共模。

2.2 外墻設計

外墻采用夾心保溫三明治墻體，墻體分三層，分別為外頁、夾心保溫層、內頁。內頁配雙層雙向鋼筋，為結構墻體，應符合結構設計的要求。外頁為50 厘米混凝土保護層，配單層雙向鋼筋網片。中間夾心保溫材料可使用50 厘米厚擠塑聚苯板。內外頁連接可使用GFRP 連接件。GFRP 連接件是連接預制混凝土夾心保溫墻體內、外混凝土墻板與中間保溫層的關鍵構件，其主要作用是抵抗兩片混凝土墻板之間的相互作用（包括層間剪切、拉拔等）。相比同直徑的鋼筋，其導熱系數為前者的1/50。

圖1 裝配式外墻大樣圖

2.3 內墻設計

內剪力墻采用200厘米厚混凝土墻，墻內可采用減重材料填充。

2.4 墻體連接設計

圖2 裝配式內墻大樣圖

多層裝配式墻板結構縱橫墻板交接處及樓層內相鄰承重墻板之間可采用水平鋼筋錨環灌漿連接。本項目在裝配式剪力墻的兩側設計了暗柱，并預埋了鋼絲繩錨環，鋼絲繩錨環柔韌性更好，便于現場插筋。連接部分節點如下圖3。

圖3 裝配式墻板橫向連接節點圖

墻板間灌漿連接應采用流動性好、微膨脹的細石混凝土或砂漿填充。填充材料應高于墻板強度一個等級。墻板之間的拼縫是主要漏水隱患，所以應選用防水性能較好的灌漿材料。

2.5 上下層墻板連接

按規范要求，暗柱的縱向受力鋼筋，上下層連接可采用焊接連接、漿錨搭接連接、灌漿套筒連接。焊接連接和漿錨搭接連接都需要在墻體上預留一個作業的空間后期焊接或灌漿。灌漿套筒連接方式可以避免在墻上留下缺口，所以本項目采用灌漿套筒的方式。灌漿套筒的內徑一般比配套的鋼筋的直徑大1-2 厘米，現場安裝時可調整的空間很小，所以構件加工需要控制精度。

2.6 施工周期

圖4 施工進度橫道圖

湘南紡織產業基地服飾園綜合樓每層有41 塊裝配式墻板，26塊疊合板，4 個預制樓梯段。每塊墻板的吊裝時間為20-30 分鐘，疊合樓板和樓梯的吊裝時間為15 分鐘。根據施工進度橫道圖可見標準層的施工時間為6 天。6 天時間與現澆框架結構的單層主體完成時間基本相同。但是裝配墻板結構在6 天內同時完成了80%的墻體，包括墻面的抹灰，同時完成了裝配式墻體內的線管敷設，并且施工過程沒有外腳手架，節約了架體搭設和拆除的時間。施工周期相較現澆框架結構節約60%左右。此項目從開工樁機工程到主體封頂一共耗時70 天，其中主體結構的是公用一共耗時32 天。砌體工程、防水工程、保溫工程、安裝工程、裝修工程預計耗時40 天。單位工程的工期預計為110 天，其中還包含下雨的停工時間。

2.7 造價分析

湘南紡織產業基地服飾園綜合樓項目單位工程建安成本為5468304 元（2070.50 元每建筑平米），其中主體建安成本為3272183 元（1238.99 元每建筑平米）。同等體量和層數的框架結構辦公綜合樓單位工程建安成本約為4885850 元（1850 元每建筑平米），其中主體建安成本約為2508950 元（950 元每建筑平米）。多層裝配式建筑的價格相比框架結構加砌體墻的成本高11.9%。主要的區別在于主體結構，每平米相差288.99 元。主要原因是多層裝配式墻板結構的墻既是承重結構也是分隔墻，墻體的混凝土和鋼筋的用量比框架結構或者短肢剪力墻結構要多出一倍。其次國內市場的PC 預制墻體的每立方單價在2500 到4000 之間，再加上安裝費用比現澆柱和現澆剪力墻的綜合成本要高。所以多層裝配式墻板結構雖然沒有梁，不需要外腳手架，但是現階段的成本還是比現澆的要高[3]。

3 結語

多層裝配式墻板結構已經有了相關的設計規范和依據，設計師可以在不超越此結構體系限制的情況下進行設計。在選擇采用多層裝配式墻板結構時要考慮生產、運輸、安裝的可操作性。如果不全面考慮會導致項目無法順利實施。多層裝配式墻板結構建筑單體的施工周期遠低于現澆框架加磚墻二次結構的施工周期，在工期上的有事很明顯。多層裝配式墻板結構建筑的成本目前還是高于框架和短肢剪力墻結構的建筑，主要原因是預制構件的采購和安裝價格較高。