预制装配式剪力墙结构住宅建筑的设计研究

曹明利 王业中 李世璘

摘要：随着建筑工人的老龄化及人工成本的提高，从可持续性发展考虑，政府大力推广预制装配式建筑的必要性和长期性，本文详细分析预制装配式建筑的特点和目前制约其发展的主要因素及选择适合建筑产业化的结构形式。并对预制装配式剪力墙结构住宅建筑的連接节点构造进行分析，希望对设计和施工起到一定的指导意义。

关键词：预制装配式；建筑工业化PC技术；装配式连接节点构造

一、预制装配式建筑概述与特点

建筑业是国家重要经济支柱产业，其耗能耗材位居全社会榜首，传统的建筑模式存在着严重的施工扬尘、噪声污染、建筑垃圾等环境问题，构建绿色环保型建筑成为当今建筑业发展的目标，预制装配式建筑以其特有的工业化优势成为今后建筑的大趋势。

工业化住宅体系是指采用PC技术，即预制砼构件技术进行工厂化预制生产，工地组装施工的生产方式，以设计标准化、构件部品化、施工机械化为特征的新型住宅体系，工业化住宅是实现建筑节能环保、全使用周期价值最大化的可持续发展的新型住宅。PC技术最大的优势是可以让建房屋像造汽车一样。预制装配式建筑拥有以下特点：

①房屋建造所需要的大量构件，都是在专业的车间内进行完成的，包括墙板、阳台、空调板、楼梯、预制梁柱等，最大化组装，尽可能减少湿作业，通过数字化和信息化的管理，有利于对产品质量的监督，并可以将施工与装修合二为一；

②采用预制装配式建筑的施工方法，可以降低施工中对环境造成的污染，减少对资源的浪费，从而实现绿色建筑的目的。

因此，随着建筑工人的老龄化及人工成本的提高，国家从可持续性发展考虑，政府大力推广预制装配式建筑有一定的必要性和长期性。

二、目前制约建筑产业化发展的主要因素

1、当前建筑产业化成本较高是制约其发展的主要原因。

目前，我国的建筑产业化尚处于起步阶段，各方面资源配套还有需完善，产业化试点及示范工程规模较小，与传统施工方法相比建设成本相对偏高。随着产业化水平的提高和规模化推广应用，建设成本会逐步下降，相反传统施工方法的成本会随着人工费用上涨不断提高，根据北京、上海等地对产业化住宅的初步统计分析，目前产业化住宅建安成本要高10%～20%左右，从政府出台的一系列激励政策和目前的发展趋势看，预计未来2～3年可实现与传统住宅建造成本持平，根据相关研究传统住宅与产业化住宅成本相对关系如图1示；从图中曲线可以看出，传统住宅随着人工成本等因素的增加，其建安造价会逐年提高；相反随着产业化住宅产量的提高，工业化前期投资均摊成本逐年减少，PC预制技术的逐渐成熟，预制构件利润更加趋于合理，因此产业化住宅建安成本会逐年下降。预计在2016年后，产业化住宅的规模达到一定的市场份额后，其建安成本将与传统住宅持平或更低。因此，产业化项目未来发展具有较好的市场开发潜力。

2、当前的设计技术和施工技术也在一定程度上制约了建筑产业化的发展。

传统式建筑采用的是粗糙型的设计方法和粗放型的施工方法，无法进行产业化生产，这就要求我们的设计师和施工技术人员必须对建筑物进行精细化和人性化的设计和施工，把设计成果变成可供工厂生产的“产品”上来。设计工程师应该把建筑工业化揉在建筑结构设计的全过程中，为建筑工业化创造条件，精细的产品设计有利于生产成本的降低，生产工艺的改进可以使设计更加灵活，设计与工厂制造、现场安装工艺互相促进、提高，形成有效降低建筑成本的良性循环。

3、预制外墙板接缝处防水、防火构配件连接技术尚有待验证

预制外墙挂板板缝一般采用密封胶密封，该密封材料处于较复杂的受力状态，目前相关试验研究工作做的还比较少，产品质量性能还有待提高，在建筑物全生命周期中，密封材料在满足其防水、防火等各种功能要求的性能仍有待验证。

三、选择有利于建筑产业化推广的建筑结构形式

产业化的一个最大特点就是要求构件的标准化，选择合适的项目更有利于控制造价，缩短建设周期；在户型较少，产品单一的高层剪力墙结构中采用产业化技术相对较为合适，此类项目中构件种类一般较少，同一种类构件数量较多，模板费用分摊较少，成本增加相对较少，有利于全面推广。对单体较小的框架结构、框剪结构采用预制装配式其经济性较差，例如：上海市用装配式框架结构建设的试验楼和试点工程，比传统方法增加造价30～50%，而北京万科、中南建设等采用预制装配式剪力墙结构建设的试点项目建筑增加成本可控制在10～20%。

四、预制装配式主要构配件连接节点设计构造

剪力墙结构预制墙板的接缝连接设计是结构设计的重点和难点，上下层剪力墙连接目前普遍采用的是在水平拼缝处通过灌浆套筒钢筋联接技术和浆锚搭接技术连接，来实现墙内竖向钢筋受力的连续性。楼层内相邻预制剪力墙一般采用整体式接缝连接，具体连接构造如下。

1、预制剪力墙的顶面、底面和两侧面应处理为粗糙面或者制作键槽，与预制剪力墙连接的地梁上表面和圈梁上表面也应处理为粗糙面。粗糙面露出的混凝土粗骨料不宜小于其最大粒径的1/3，且粗糙面凹凸不应小于6mm。

2、对高层预制装配式剪力墙结构，楼层内相邻预制剪力墙应采用整体式接缝连接，预制剪力墙的水平钢筋应在现浇段内锚固，或者与现浇段内水平钢筋焊接或搭接连接，并符合下列规定：

1）边缘构件应整体现浇，现浇段内设置箍筋和纵筋。

2）相邻预制墙片之间如无边缘构件，应设置现浇段，现浇段的宽度应同墙厚，现浇段的长度不宜小于200mm；现浇段内应设置竖向钢筋和水平环箍，配筋率不小于墙体分布筋配筋率。构造如图2示。

3）现浇部分的混凝土强度等级应高于预制剪力墙的混凝土强度等级两个等级或以上。

3、装配式剪力墙结构每层楼面处应设置封闭的现浇钢筋混凝土圈梁，圈梁截面宽度不应小于剪力墙的厚度，截面高度不小于楼板厚度及120mm的较大值。圈梁应与现浇或者预制叠合楼盖浇筑成整体。

4、上下层相邻预制剪力墙的连接应符合下列规定：

1）预制剪力墙底与现浇圈梁之间应座浆，座浆宜采用高强灌浆料或者干硬性水泥砂浆，座浆厚度不宜大于20mm；

2）预制剪力墙的竖向钢筋可采用浆锚套筒连接、浆锚搭接连接，见图3示。

3）边缘构件的每根竖向钢筋应逐根连接；

4）竖向分布钢筋宜每根各自连接；当仅采用部分钢筋连接时，连接钢筋的间距不应大于600mm，连接筋总量不小于竖向分布筋总量，且在剪力墙构件承载力设计和分布钢筋配筋率计算中不计入不连接的分布钢筋；不连接的竖向分布钢筋直径不应小于6mm；设计时可采用较大直径钢筋代替小直径钢筋间隔放置来连接预制墙板。

五、结束语

预制装配式剪力墙结构可以实现工程建设的一体化，并有效降低建设能耗，对环境保护有重要意义，目前虽然成本较高，但由此带来的社会价值较大，因此，在相关政策的大力支持下，应尽快优化相关产业链，大力推广预制装配式建筑，达到降低建安成本之目的。

参考文献：

[1]张锡治，李义龙，安海玉.预制装配式混凝土剪力墙结构的研究与展望[J].建筑科学，2014（1）

[2]JGJ1-2014装配式混凝土结构技术规程[J].中国建筑工业出版社