装配整体式剪力墙结构设计方法初探

　　前言

　　为转变经济发展方式和建设资源节约型、环境友好型社会，大力推进现代建筑产业化，在辽宁省内乃至全国应用并推广装配整体式混凝土剪力墙结构。

　　在认真总结实践经验，大量搜集整理国内外相关规范、论文及试验成果的基础上，辽宁省地方标准《装配整体式混凝土结构设计规程》（暂行）（DB21/T1868-2010）已于2011年2月1日实施，辽宁省地方标准《装配整体式剪力墙结构设计规程》（暂行）（DB21/T2000-2012）也于2012年9月1日实施，为预制装配式剪力墙结构的工程应用提供了技术支持，众多高等院校及预制构件厂家的科研成果的大量涌现为预制装配式剪力墙结构的工程应用提供了产品支持。下面以某工程中1#楼为例，介绍装配整体式剪力墙结构的设计思路与方法。

　　1.项目简介

　　本工程功能为住宅，地下为设备用房。楼长30.8m，楼宽12.7m，建筑高度54.2m，地下1层，地上18层，主要层高3m，轴要轴网尺寸4.8m×6.7m；结构型式为装配整体式剪力墙结构。

　　2.设计目标

　　装配整体式钢筋混凝土剪力墙结构，主要受力构件由预制剪力墙、叠合梁、叠合板组成，采用有效现浇方式将预制构件连接成为整体的钢筋混凝土剪力墙结构。本工程底部加强区剪力墙、梁板均采用现浇，底部加强区以上结构剪力墙板预制，边缘构件及墙板之间连接部位现浇，预制剪力墙的竖向钢筋采用套筒灌浆连接或约束浆锚搭接连接，套筒灌浆连接接头等级为I级；水平钢筋采用焊接连接或搭接连接。其他预制混凝土构件包括楼梯、阳台、女儿墙、空调板及建筑维护墙等构件。作为结构整体竖向承重及抗侧力体系的一部分，预制墙板以及与之相关的竖向和水平连接构件的性能，应具有承受设计规定的竖向静荷载、水平风荷载以及地震作用的能力。

　　3.装配整体式剪力墙结构概念设计

　　（1）注重建筑设计方案的概念设计：注重建筑方案的规则性，控制建筑的高宽比，本结构高宽比为4.3。

　　（2）基础设计：根据现场土质情况，采取合理适宜的地基方案，适当提高基础结构的整体性和刚度，尽量避免结构产生不均匀沉降。

　　（3）地下室：尽量加强地下室结构的刚度和整体性。鉴于地下室为上部结构的嵌固端，故其整体性和刚度对结构的整体抗震设计极为重要。

　　（4）底部加强部位：因为结构底部加强部位受力复杂且约束边缘构件，为提高装配整体式结构的整体抗震性能，底部加强区采用全现浇结构。

　　（5）其他结构抗震措施：适当提高结构的弹性刚度，在小震及中震作用下较小的层间位移角有利于发挥预制墙板的性能，保证墙板连接的可靠；严格控制剪力墙肢的轴压比和剪压比，保证结构具备良好的延性，保证结构的耗能能力；加强屋面结构的整体性，采用现浇混凝土梁板。

　　4.结构计算

　　装配整体式剪力墙结构的计算分析方法与现浇剪力墙结构相同，墙采用墙元模拟，预制墙板之间采用整体式拼缝，预制墙板和拼缝作为同一墙肢建模。梁采用叠合梁，板采用叠合板，结构内力与位移计算考虑叠合板对梁刚度的增大作用，中梁刚度增大系数可取1.8，边梁刚度增大系数可取1.2。结构计算采用“高层建筑结构空间有限元分析与设计软件-SATWE”进行结构整体分析，计算结果满足规范要求。

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　　5.预制墙板的设计

　　试验结果表明：装配整体式剪力墙结构等同现浇，其抗震性能与现浇剪力墙极为相似。由于现浇拼缝的存在，对整体刚度有所削弱，在地震作用和风荷载作用下的位移略大于现浇结构，但延性略好于现浇结构。预制墙板之间采取可靠的连接方式后，具备等同现浇剪力墙结构的能力。故剪力墙配筋计算可等同现浇剪力墙结构。

　　由于预制墙板采用工厂预制等更能保证质量的措施，墙体本身的强度可靠度不低于现浇剪力墙结构，所以预制墙板四周连接面的形态与现浇拼缝的质量直接决定整体结构的抗震性能。在设计中，预制墙板水平接合面采用粗糙面，成型方法为露骨料化学成型法，凹凸不小于4mm；竖向接合面做成槽键，槽键长度方向垂直于主剪力方向。

　　预制墙板配筋设计同现浇剪力墙结构，对端开间山墙配筋适当加强。

　　6.预制墙板之间的连接设计

　　预制墙板上端与水平现浇带的连接缝可不进行抗剪承载力计算。上层预制墙板与楼板之间的水平缝采用灌浆连接，灌浆料抗压强度高于预制墙板，其性能应与套筒灌浆料或约束浆锚灌浆料的性能接近。

　　因剪力墙抗震等级为三级，需进行下面三种工况下接缝的抗剪承载力计算：

　　（1）持久、短暂设计状况，接缝的抗剪承载力设计值大于相应剪力设计值的1.2倍；

　　（2）小震作用下，接缝的抗剪承载力大于相应考虑地震作用组合的剪力设计值的1.2倍；

　　（3）中震作用下，接缝的抗剪承载力大于相应考虑地震作用组合的剪力标准值的1.2倍；

　　经实际验算，预制墙板之间的受剪、受拉、受弯即抗压均满足相应规范要求。构造加强措施如下：当采用套筒连接时，在结构总高的下部二分之一高度范围内，山墙及端开间外纵墙竖向连接钢筋面积不低于预制墙板钢筋的1.2倍；其他部位竖向连接钢筋的面积不得低于预制墙板配筋的1.1倍。竖向钢筋连接区域水平钢筋加密至100mm。当采用约束浆锚搭接连接时，竖向钢筋宜每根都进行连接，竖向钢筋连接区域水平钢筋加密至100mm。

　　在设计中采用底部加强部位全现浇，之上墙板预制，边缘构件现浇的方法实现整体装配的剪力墙结构。

　　7.叠合梁、叠合板及楼梯的设计

　　预制墙板洞口上方的预制连梁应与水平现浇带形成叠合连梁。预制连梁的箍筋应伸出其上表面，水平现浇带的纵筋应穿在箍筋内。如预制墙板为倒L形，预制连梁一端宜设置现浇边缘构件，连梁纵筋应锚固在现浇边缘构件内，连梁端部应做成粗糙面或者设置键槽。

　　叠合板按同厚度的现浇板进行计算。叠合板跨度较大时，楼板内力和挠度应考虑预制板拼缝的影响进行调整。并根据计算结果设置抗剪钢筋，楼板采用钢筋桁架板。

　　楼梯预制，采用混凝土楼梯。楼梯斜板采用整体预制，不叠合。预制楼梯两端宜分别为固定铰和滑动铰，并留出转动的位移空间。

　　8.与拆分厂家的配合

　　装配式剪力墙结构房屋施工图和预制混凝土构件加工详图设计应满足以下要求：

　　（1）施工图应由设计单位完成。

　　（2）混凝土预制构件加工详图应有完整的预制混凝土构件拆分图和排版图。

　　（3）混凝土预制构件加工详图应由设计单位会签确认。

　　预制剪力墙结构需要设计单位与构件拆分厂家紧密配合，方能保证预制剪力墙结构的设计质量达到预期目标。在我们设计过程中，拆分厂家给了我们很多中肯可行的建议，设计、拆分、施工之间密切配合方能为装配整体式剪力墙结构的实现提供技术保障。

　　9.小结

　　经过实际工程设计，我们可以得出如下结论：装配整体式剪力墙结构是能够满足抗震设计要求的，只要采取可靠的连接方式是可以达到与现浇剪力墙结构抗震性能接近的目标的。目前，装配整体式剪力墙结构在全国范围内尚处于起步阶段，很多问题的研究也只停留在试验阶段，相信在政府的大力支持下，建筑产业化一定会迎来一个蓬勃发展的春天。