裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法初探

　　前言

　　為轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式和建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，大力推進(jìn)現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)化，在遼寧省內(nèi)乃至全國應(yīng)用并推廣裝配整體式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。

　　在認(rèn)真總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，大量搜集整理國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范、論文及試驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上，遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)《裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（暫行）（DB21/T1868-2010）已于2011年2月1日實(shí)施，遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)《裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（暫行）（DB21/T2000-2012）也于2012年9月1日實(shí)施，為預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用提供了技術(shù)支持，眾多高等院校及預(yù)制構(gòu)件廠家的科研成果的大量涌現(xiàn)為預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用提供了產(chǎn)品支持。下面以某工程中1#樓為例，介紹裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路與方法。

　　1.項(xiàng)目簡介

　　本工程功能為住宅，地下為設(shè)備用房。樓長30.8m，樓寬12.7m，建筑高度54.2m，地下1層，地上18層，主要層高3m，軸要軸網(wǎng)尺寸4.8m×6.7m；結(jié)構(gòu)型式為裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)。

　　2.設(shè)計(jì)目標(biāo)

　　裝配整體式鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，主要受力構(gòu)件由預(yù)制剪力墻、疊合梁、疊合板組成，采用有效現(xiàn)澆方式將預(yù)制構(gòu)件連接成為整體的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。本工程底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻、梁板均采用現(xiàn)澆，底部加強(qiáng)區(qū)以上結(jié)構(gòu)剪力墻板預(yù)制，邊緣構(gòu)件及墻板之間連接部位現(xiàn)澆，預(yù)制剪力墻的豎向鋼筋采用套筒灌漿連接或約束漿錨搭接連接，套筒灌漿連接接頭等級為I級；水平鋼筋采用焊接連接或搭接連接。其他預(yù)制混凝土構(gòu)件包括樓梯、陽臺(tái)、女兒墻、空調(diào)板及建筑維護(hù)墻等構(gòu)件。作為結(jié)構(gòu)整體豎向承重及抗側(cè)力體系的一部分，預(yù)制墻板以及與之相關(guān)的豎向和水平連接構(gòu)件的性能，應(yīng)具有承受設(shè)計(jì)規(guī)定的豎向靜荷載、水平風(fēng)荷載以及地震作用的能力。

　　3.裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

　　（1）注重建筑設(shè)計(jì)方案的概念設(shè)計(jì)：注重建筑方案的規(guī)則性，控制建筑的高寬比，本結(jié)構(gòu)高寬比為4.3。

　　（2）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)：根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)情況，采取合理適宜的地基方案，適當(dāng)提高基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的整體性和剛度，盡量避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降。

　?。?）地下室：盡量加強(qiáng)地下室結(jié)構(gòu)的剛度和整體性。鑒于地下室為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，故其整體性和剛度對結(jié)構(gòu)的整體抗震設(shè)計(jì)極為重要。

　?。?）底部加強(qiáng)部位：因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位受力復(fù)雜且約束邊緣構(gòu)件，為提高裝配整體式結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，底部加強(qiáng)區(qū)采用全現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

　?。?）其他結(jié)構(gòu)抗震措施：適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)的彈性剛度，在小震及中震作用下較小的層間位移角有利于發(fā)揮預(yù)制墻板的性能，保證墻板連接的可靠；嚴(yán)格控制剪力墻肢的軸壓比和剪壓比，保證結(jié)構(gòu)具備良好的延性，保證結(jié)構(gòu)的耗能能力；加強(qiáng)屋面結(jié)構(gòu)的整體性，采用現(xiàn)澆混凝土梁板。

　　4.結(jié)構(gòu)計(jì)算

　　裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析方法與現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)相同，墻采用墻元模擬，預(yù)制墻板之間采用整體式拼縫，預(yù)制墻板和拼縫作為同一墻肢建模。梁采用疊合梁，板采用疊合板，結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計(jì)算考慮疊合板對梁剛度的增大作用，中梁剛度增大系數(shù)可取1.8，邊梁剛度增大系數(shù)可取1.2。結(jié)構(gòu)計(jì)算采用“高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件-SATWE”進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析，計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

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　　5.預(yù)制墻板的設(shè)計(jì)

　　試驗(yàn)結(jié)果表明：裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)等同現(xiàn)澆，其抗震性能與現(xiàn)澆剪力墻極為相似。由于現(xiàn)澆拼縫的存在，對整體剛度有所削弱，在地震作用和風(fēng)荷載作用下的位移略大于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，但延性略好于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。預(yù)制墻板之間采取可靠的連接方式后，具備等同現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)的能力。故剪力墻配筋計(jì)算可等同現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)。

　　由于預(yù)制墻板采用工廠預(yù)制等更能保證質(zhì)量的措施，墻體本身的強(qiáng)度可靠度不低于現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，所以預(yù)制墻板四周連接面的形態(tài)與現(xiàn)澆拼縫的質(zhì)量直接決定整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。在設(shè)計(jì)中，預(yù)制墻板水平接合面采用粗糙面，成型方法為露骨料化學(xué)成型法，凹凸不小于4mm；豎向接合面做成槽鍵，槽鍵長度方向垂直于主剪力方向。

　　預(yù)制墻板配筋設(shè)計(jì)同現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，對端開間山墻配筋適當(dāng)加強(qiáng)。

　　6.預(yù)制墻板之間的連接設(shè)計(jì)

　　預(yù)制墻板上端與水平現(xiàn)澆帶的連接縫可不進(jìn)行抗剪承載力計(jì)算。上層預(yù)制墻板與樓板之間的水平縫采用灌漿連接，灌漿料抗壓強(qiáng)度高于預(yù)制墻板，其性能應(yīng)與套筒灌漿料或約束漿錨灌漿料的性能接近。

　　因剪力墻抗震等級為三級，需進(jìn)行下面三種工況下接縫的抗剪承載力計(jì)算：

　?。?）持久、短暫設(shè)計(jì)狀況，接縫的抗剪承載力設(shè)計(jì)值大于相應(yīng)剪力設(shè)計(jì)值的1.2倍；

　?。?）小震作用下，接縫的抗剪承載力大于相應(yīng)考慮地震作用組合的剪力設(shè)計(jì)值的1.2倍；

　?。?）中震作用下，接縫的抗剪承載力大于相應(yīng)考慮地震作用組合的剪力標(biāo)準(zhǔn)值的1.2倍；

　　經(jīng)實(shí)際驗(yàn)算，預(yù)制墻板之間的受剪、受拉、受彎即抗壓均滿足相應(yīng)規(guī)范要求。構(gòu)造加強(qiáng)措施如下：當(dāng)采用套筒連接時(shí)，在結(jié)構(gòu)總高的下部二分之一高度范圍內(nèi)，山墻及端開間外縱墻豎向連接鋼筋面積不低于預(yù)制墻板鋼筋的1.2倍；其他部位豎向連接鋼筋的面積不得低于預(yù)制墻板配筋的1.1倍。豎向鋼筋連接區(qū)域水平鋼筋加密至100mm。當(dāng)采用約束漿錨搭接連接時(shí)，豎向鋼筋宜每根都進(jìn)行連接，豎向鋼筋連接區(qū)域水平鋼筋加密至100mm。

　　在設(shè)計(jì)中采用底部加強(qiáng)部位全現(xiàn)澆，之上墻板預(yù)制，邊緣構(gòu)件現(xiàn)澆的方法實(shí)現(xiàn)整體裝配的剪力墻結(jié)構(gòu)。

　　7.疊合梁、疊合板及樓梯的設(shè)計(jì)

　　預(yù)制墻板洞口上方的預(yù)制連梁應(yīng)與水平現(xiàn)澆帶形成疊合連梁。預(yù)制連梁的箍筋應(yīng)伸出其上表面，水平現(xiàn)澆帶的縱筋應(yīng)穿在箍筋內(nèi)。如預(yù)制墻板為倒L形，預(yù)制連梁一端宜設(shè)置現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件，連梁縱筋應(yīng)錨固在現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件內(nèi)，連梁端部應(yīng)做成粗糙面或者設(shè)置鍵槽。

　　疊合板按同厚度的現(xiàn)澆板進(jìn)行計(jì)算。疊合板跨度較大時(shí)，樓板內(nèi)力和撓度應(yīng)考慮預(yù)制板拼縫的影響進(jìn)行調(diào)整。并根據(jù)計(jì)算結(jié)果設(shè)置抗剪鋼筋，樓板采用鋼筋桁架板。

　　樓梯預(yù)制，采用混凝土樓梯。樓梯斜板采用整體預(yù)制，不疊合。預(yù)制樓梯兩端宜分別為固定鉸和滑動(dòng)鉸，并留出轉(zhuǎn)動(dòng)的位移空間。

　　8.與拆分廠家的配合

　　裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)房屋施工圖和預(yù)制混凝土構(gòu)件加工詳圖設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：

　?。?）施工圖應(yīng)由設(shè)計(jì)單位完成。

　?。?）混凝土預(yù)制構(gòu)件加工詳圖應(yīng)有完整的預(yù)制混凝土構(gòu)件拆分圖和排版圖。

　?。?）混凝土預(yù)制構(gòu)件加工詳圖應(yīng)由設(shè)計(jì)單位會(huì)簽確認(rèn)。

　　預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)需要設(shè)計(jì)單位與構(gòu)件拆分廠家緊密配合，方能保證預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。在我們設(shè)計(jì)過程中，拆分廠家給了我們很多中肯可行的建議，設(shè)計(jì)、拆分、施工之間密切配合方能為裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)保障。

　　9.小結(jié)

　　經(jīng)過實(shí)際工程設(shè)計(jì)，我們可以得出如下結(jié)論：裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)是能夠滿足抗震設(shè)計(jì)要求的，只要采取可靠的連接方式是可以達(dá)到與現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能接近的目標(biāo)的。目前，裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)在全國范圍內(nèi)尚處于起步階段，很多問題的研究也只停留在試驗(yàn)階段，相信在政府的大力支持下，建筑產(chǎn)業(yè)化一定會(huì)迎來一個(gè)蓬勃發(fā)展的春天。