預制裝配式剪力墻結構設計與相關連接問題

王亞君

(安徽筑遠規劃建筑設計有限公司 合肥 230000)

1 預制裝配式剪力墻結構設計原則

為了更好地使預制裝配式剪力墻結構的設計效果得以提高,相關設計人員在進行方案設計時,應按照設計的基本原則與要求,具體內容如下[1]:

(1)在進行預制裝配式剪力墻結構設計時,其設計應具有標準化與模數化的特點,尤其是在每個構件設計的過程中,應要將其標準化程度提高,從而使構件生產制作難度降低,同時也要降低模板的用量,在此基礎上,使生產制作的便捷性與經濟效益得到更好地提高。在預制裝配式剪力墻結構中的各個構件得到標準化制作之后,可以降低在施工現場的安裝難度,可以使施工現場的安裝效率得到很大地提高。下圖為預制裝配式剪力墻構件圖。

圖1 預制裝配式剪力墻構件應用

(2)在進行預制裝配式剪力墻結構設計的過程中,要根據其實際的功能價值進行設計,使設計出的預制裝配式剪力墻結構能夠很好地滿足實際需求,降低在后期使用的過程中,出現嚴重損傷的可能性。基于此,在實際設計的過程中,要保證預制裝配式剪力墻結構具有足夠的穩定性與可靠性,例如在房屋建筑項目中,相關設計人員要重點關注其基本的抗震性能與空間穩定性能,并在設計過程中,要嚴格按照相關規范進行設計,避免在該方面出現嚴重的偏差。

(3)在預制裝配式剪力墻結構的設計過程中,要秉持以人為本的原則,要考慮到所有與本項目有關的人員,使預制裝配式剪力墻結構的設計與施工變得更加科學合理,使其具備較高的可行性,這樣可以使空間舒適度得到很好地提升,同時也能使使用者獲得更好地使用體驗。

2 案例分析

本文以某地區的一個住宅建設項目為實際工程案例,就本工程項目來說,圖2為該項目具體效果圖,其總占地面積為5.21m2,建筑總高度為62m,建筑類型為PC住宅,其結構體系為框架剪力墻結構體系。

圖2 本項目效果圖

在本工程項目中,對于所用到的結構構件都采用PC構件,例如,女兒墻、內外墻等,對于所用到的受力構件都采用PC 構件,例如梁、板、懸挑板等。在項目中,主要采用預制裝配式剪力墻結構的高層住宅為5棟19層,為24#至28#以及1棟15層,為30#。這5棟19層住宅的預制裝配式剪力墻結構的使用率達到了57%,表1為這些樓棟的具體使用情況,而15層住宅的預制率達到了72%,表2為該樓棟的具體使用情況。

表1 19層住宅預制率

表2 15層住宅預制率

3 預制裝配式剪力墻結構的連接技術

3.1 套筒連接技術

在預制混凝土構件中,預先埋入金屬套筒,然后在套筒內插入鋼筋,最后對金屬套筒進行漿料的澆筑,從而實現鋼筋連接的效果,這就是套筒連接技術[2]如圖3所示,在金屬套管的兩側,進行灌漿連接。在進行灌漿料制作時,要以水泥為主要材料,以細骨料、外加劑等為輔助材料,然后將其進行充分地攪拌,使其均勻混合,從而得到灌漿的干混料。在實際使用該技術時,在預制構件進行加工制作時,就要在構件的頂部預埋金屬插筋,并在構件的底部預埋金屬套筒,最后在套筒與剛勁之間,注入具有微膨脹性的砂漿,從而達到鋼筋續接的目的。由于套筒的存在,限制了灌漿料的膨脹,使得套筒的內壁與鋼筋的表面形成作用力,實現受力傳遞,從而使預制裝配式剪力墻結構的受力更加合理[3]。

圖3 套筒灌漿連接示意圖

3.2 漿錨連接技術

漿錨連接技術也稱為間接搭接技術。需要將搭接的鋼筋拉開一定距離,然后再搭接,可以將連接鋼筋的拉力通過抗剪結構傳遞到灌漿位置,然后傳遞到周圍的混凝土結構,充分發揮結構的整體承載能力[4]。

目前,可采用鋼筋搭接技術的插入式預留孔注漿,并通過附加螺旋箍筋的方法來對結構的約束進行加強[5]。其主要的施工流程未在預制結構構件的下端內壁預留孔洞,在進行預制構件安裝時,將鋼筋插入預留的孔洞,并對其進行漿液的澆筑,實現構件的錨固連接,并在孔洞方向布置螺旋箍筋,以提高連接性能。采用這種連接方式,可以有效地傳遞縱向鋼筋和分布鋼筋的應力,因此應加強中間墻體結構,避免性能減損的問題。

在該連接技術實際使用的過程中,還要對一定強度的墻體進行結構應力預留,防止在鋼筋屈服時,混凝土結構受外力破壞。但對于鋼筋直徑大于20mm以及縱向鋼筋進行連接時,不能采用該技術[6]。

3.3 機械連接技術

機械連接技術屬于較早的發展技術,可以成熟地應用于預制裝配式剪力墻的施工。該技術的實際使用可以使用鋼筋連接不同類型的建筑部件,需要根據特定的施工工藝進行操作,以保證機械連接的質量。通過機械咬合連接器,整個結構可以實現鋼筋的受力傳遞,將一定比例的機械受力分配到鋼筋上。從施工原理上來說,該技術就是充分發揮鋼筋的端面承壓能力,將力從一根鋼筋傳到另一根鋼筋上[7]。

如今,該技術已經衍生出多種技術,例如錐形螺旋接頭、套筒擠壓接頭等。相對于其他連接技術,機械連接技術具有更大的使用范圍,因此在預制裝配式剪力墻結構施工中,得到廣泛應用,可以提高剪力墻結構的抗震性能,有效消除技術應用多樣化的弊端[8]。

4 預制疊合板連接構造設計

在對預制疊合板進行連接時,一般分為剪力墻與預制疊合板的連接、連梁與框架梁的連接以及預制疊合板塊拼縫。在實際施工的過程中,在對預制疊合板的連接構造進行設計時,應要注意以下幾點:

(1)在預制疊合板之間的拼縫進行設計時,設計人員要根據不同類型的受力板受力特點進行設計。

①如果受力板為雙向板,在進行甩筋搭接的過程中,在雙向板的其中一側,可能會出現鋼筋甩出的情況,這時候宜選用彎鉤為135°的直筋。在拼縫處布置甩筋時,要根據鋼筋的搭接長度與縫隙的寬度,來確定預制疊合板現澆平縫的寬度。除此之外,還要在拼縫處的裝修凹槽設置附加鋼筋,并在接縫處增加鋼筋,以降低裝飾灰泥開裂和拼縫處混凝土開裂的可能性。

②如果受力板為單向板,在預制疊合板的任何一側,都可能會出現鋼筋甩出的情況,因此,在進行預制疊合板拼縫設計時,應采用窄縫設計。

(2)在實際施工時,如果在預制疊合板支座處的水平方向,出現了鋼筋甩出的情況,或者與現澆鋼筋發生矛盾的情況,施工人員應該將甩出的鋼筋進行拆除,在預制疊合板的頂部布置抗剪鋼筋,從而使預制疊合板在支座處的安裝處于水平的狀態。

(3)在安裝預制疊合樓板的過程中,如果需要降板時,要根據其所在的具有區域,對其進行單獨的安裝。如果降板的高度不超過50mm 時,可以將鋼筋彎折角度在疊合樓板處連續地進行布置,反之,如果降板高度超過50mm 時,應在兩層樓板之間設置連接梁,以提高預制層壓板之間的連接穩定性。主要安裝方式如圖4、圖5所示。

圖4 疊合板中間支座節

圖5 疊合板降板支座節點

5 水平鋼筋和豎向受力鋼筋的連接設計問題

5.1 預制剪力墻結構豎向受力鋼筋的連接設計

(1)目前,在對預制裝配式剪力墻結構的豎向鋼筋進行連接時,主要采用套筒灌漿、漿錨連接以及機械連接對其進行連接,其中使用頻率最高的連接方式是套筒灌漿連接。而對于機械連接方式,可以提高預制裝配式剪力墻縱向受力鋼筋之間連接的穩定性,可以使建筑內部結構的穩定性與施工質量得到提高,因而,在預制裝配式剪力墻施工過程,該種方式可以被廣泛地推廣與應用。

(2)在對預制裝配式剪力墻結構進行設計時,設計人員在選用鋼筋時,應優先選用大直徑鋼筋,同時選擇間隔交錯方式對套筒進行安裝,這樣可以使套筒數量與鋼筋用量減少,還可以改善豎向鋼筋之間的連接,從而使施工質量與施工效率得到提高。

5.2 預制剪力墻結構水平鋼筋的連接設計

在對預制裝配式剪力墻的水平鋼筋進行連接時,一般采用預留u型鋼筋方式對水平鋼筋進行連接,該種連接方式可以提高水平鋼筋施工的可操作性,從而為施工提供便利,使施工難度降低。在實際施工的過程中,如果施工人員在預制裝配式剪力墻吊裝施工過程中,遇到疊合板兩側預留鋼筋出現矛盾的情況,必須及時采取針對性措施予以解決。如果忽視,將對施工工期和建筑質量產生不利影響,嚴重時會降低建筑的整體質量。因此,如果出現預留鋼筋矛盾情況,施工人員必須將原來鋼筋連接方式改為預留直線錨固方式。

6 結語

預制裝配式剪力墻結構具有環保、施工簡單等優點。因此,施工企業應了解預制裝配式剪力墻結構的技術發展,施工人員應總結預制裝配式剪力墻結構設計過程中的經驗,從而有針對性地針對預制裝配式剪力墻結構安裝過程中存在的問題采取措施,從而使預制裝配式剪力墻結構的優勢得到充分地發揮,除此之外,還可以使建筑施工的質量與效率得到提高,保證建筑內部結構的穩定性以及創造良好地經濟效益。