预制装配式剪力墙结构设计思路的研究与分析

李炎锡 卢文枫 刘云 朱海峰

摘 要：剪力墙结构属于建筑承重结构，该结构不仅能够对建筑物水平作用进行抵抗，同时还能完成对空间的分割，使整体建筑布局更加清晰，在高层建筑中最为常用。也正是因为该结构在建筑物中的重要作用，业内人士都加大了对该结构设计的研究力度，本文也将从设计原则分析入手，对于预制装配式剪力结构设计展开深度探究，期望能够对该结构施工提供一定助益。

关键词：节点连接；剪力墙结构；设计原则；预制构件

运用预制装配方式所制成的剪力墙结构，具有施工便捷、高效以及安全等方面的优势，在现代建筑行业中应用极为广泛。因为现代规模都相对较大，且构建种类相对较少，所以该种剪力墙结构能够高效率完成施工，且施工成本以及施工用料也能控制在合理范围内，优势极多。结构设计作为结构施工的依据与基础，想要确保预制装配式剪力墙结构能够与建筑工程施工要求相符合，就需要制定出高质量的结构设计方案。

1 结构设计原则

1.1 总体设计原则

在进行剪力墙结构设计时，需要按照建筑物设计方案以及用户需求等因素，重点对预制构件连接以及总体施工概念进行设计，并要结合施工实况，对超静定结构进行科学使用，并要对结构设计方案落实可行性进行分析，以便及时对其进行调整。同时要按照实况对连接构造施工方案进行确定，并要对受力钢筋连接接头方式进行科学选择，以保证剪力墙结构的稳定程度。此外还应对重要传力部位以及构建进行冗余约束，如果有必要，则需要增加传力途径与防连续倒塌设计，并要在进行连接节点设计过程中，对节点构造连接方式进行科学安排，保证结构受力与传力的合理性，确保其承载能力能够达到一定水平，且耐久性以及结构延性都能达到相应标准[1]。

1.2 构件拆分设计原则

在进行构件拆设计时，设计人员需要遵守的原则主要体现在4个方面：第一，模数应保持协调，应按照施工要求对预制构件用料以及尺寸大小进行确定，要在保证拆分构件模数协调的基础上，对构件使用种类进行限制；第二，要对构件拼接部分承受能力进行控制，保证该部分受力不会超过相应数值；第三，应保证构件连接接缝的便捷性，并要对构件传力路径进行确定，要确保整体结构的承载能力水平，保证建筑物使用安全程度；第四，在对拆分预制构件进行设计过程中，应将构件吊装施工情况考虑到其中，应在安全施工的前提下，对吊装施工进行保障，并要在具体施工之前对施工方进行技术交底，要对预制构件施工方式以及质量验收方式进行重点讲解[2]。

2 结构设计流程

首先，在进行结构设计时，设计人员需要对甲方具体施工需要进行确定，并要对实际施工环境进行考量；其次，要对各环节施工技术做好规划，并要将项目技术特点考虑到其中，保证构件能够更加模数化、标准化，从而达到降低模板使用数量，强化预制、安装效率的目的；最后，要按照人体工程学原理，按照用户实际使用需求对房间面積进行设计，确保用户使用舒适程度，并要按照模数协调西原则对开间与进深尺寸进行科学设置。

在进行设计过程中，设计人员需要对装配率以及预制率进行合理设计，要按照项目特点，对使用构件进行科学选择，如果构件太异形或种类单一，则不应运用预制方式而应直接进行浇筑，以免影响构件制作效率。

3 预制装配式剪力墙结构具体设计方案

3.1 连接设计

如果处于同一楼层，则预制墙板通常会以水平以及竖向圈梁或现浇带为主，可以达到可想的墙体以及楼盖连接效果。在进行连接设计过程中，设计人员需要按照构件连接性能，对连接技术以及连接模式进行选择，要保证连接构造能够与结构整体设计模型相一致，以便预制墙实际施工便利性[3]。同时在进行预制墙连接现浇过程中，应对纵横墙相交位置进行明确，且要保证剪力墙边缘构件能够集中在阴影区域之中。

在进行现浇设计时，设计人员一方面要保证L型与T型墙的水平长度应控制在300mm以内；一方面在进行预制墙侧边抗裂连接设计时，要保证现浇段宽度保持在200mm以上，且其数值应高于墙体厚度最大数值，以确保了连接缝的抗裂参数能够达到相应标准；另一方面设计人员应对楼板安装缝以及预制墙底部施工用料进行合理选择，同时安装缝应运用灌浆技术对其进行填实处理[4]。

3.2 预制墙体设计

在进行预制墙体设计过程中，设计人员首先应对平面进行科学划分，应将现浇部分与构件部分组合形成长肢剪力墙。设计人员只需按照建筑受力特征，在外墙T形受力处以及端部放置連接部分，且不用对中间进行连接，以降低竖连接中的钢筋使用数量。

在进行墙体竖向节点连接过程中，应运用半灌浆套筒将竖向钢筋连接在一起，并将其预埋在墙体其中，使其能够和纵筋以螺纹连接的方式组合起来，且要在现场进行灌浆连接，以完成节点连接工作。但因为套筒的直径要远远大于钢筋直径，所以除必要的保护层厚度之外，整体预制墙应保持一定的厚度[5]。同时为减少不必要的现场作业以及灌浆套筒工作任务，保证构件工厂化模式的顺利实施，在进行设计时，应运用钢筋等面代换方式，运用大直径钢筋与套筒连接在一起。此外还应按照钢筋预留距离，对灌浆以及套筒预埋位置以及灌浆口与出浆口位置进行确定，要将灌浆套筒放置在上层墙体之中，并要将出浆口以及灌浆口放置在外墙侧面，以便后期操作的便利性。

3.3 抗震设计

自然灾害具有较强的破坏性，因此现代社会对于建筑物抗震性能的要求极高，所以在进行剪力墙设计过程中，设计人员还需对结构抗震性能进行设计。首先，要对建筑物整体抗震设防烈度以及抗震设防类别等数据数值进行明确，同时要对信息技术软件进行使用，要对双向地震扭转以及单向地震偶然偏心情况进行着重考虑，要按照国家规定的建筑物抗震设计相应规定，对地震计算进行合理分析[6]。此外在进行建筑物弹性时程分析时，要以单条时程曲线作为计算基准，应保证结构底部剪力数值能够振型分解数值65%以上。

3.4 预制墙与现浇梁连接节点设计

如图1所示，在进行预制墙体与现浇梁节点连接过程中，应选择运用剪力墙设置梁槽与预留梁支座，并进行现场浇筑完成节点连接。其中梁槽的高度应设置在460毫米左右，而宽度则应与现浇梁宽度保持一致，且剪力墙支承长度应于墙体厚度相同[7]。按照设计规范，设计人员需要对剪力墙以及其平面交叉楼面梁相连情况考虑到计算之中。同时要将现浇梁中的纵向钢筋镶嵌到现浇梁与剪力墙顶部暗梁，并要参考钢筋伸长度对配筋方式进行设计，应保证该项工作能够与锚固长度相符合。

3.5 叠合楼板设计

在进行叠合楼板设计过程中，设计人员可以按照预制板接缝长度以及构造，进行双向板以及单向板设计规划。而与之叠合板的接缝节点主要分为非贯通式以及贯通式两种：非贯通式节点通常会采用预制板直接连接的方式，并不会直接使用钢筋，且会运用单向板模式进行设计；而贯通式节点会运用后浇混凝土将预制板连接起来，在预制板四周会预留受力筋并连续对板进行作用，会运用双向板模式进行设计。设计人员应保证预制底板的模数化以及标准化能够与经济性要求相符合，应尽量运用整间中大型板，从而对预制构件数量进行科学控制，达到提高施工效率与质量的目标。同时需要注意的是，双向板在进行配筋计算过程中，应始终低于单向板，且在进行设计过程中，设计人员可以通过对按绕度控制的方式，对板厚数值进行确定，通常按照双向板模式对叠合板设计比较合理，最终计算结果也较为理想[8]。

4 结构设计思考

随着经济新常态的推广，我国建筑也开始向现代化、绿色化以及高效化方向进行了发展，而预制装配式剪力墙结构与现代建筑施工趋势极为符合，具有较为明显的节时以及节材优势，可以达到理想的经济效益水平，因此其势必会成为今后剪力墙结构建设的主流。但由于多方面原因，该结构目前仍存在着有待提高之处，主要体现在两方面：第一，竖向预制构件连接。因为我国建筑行业工人体系并没有达到一定水平，基础建筑工人多以进城务工人员为主，导致个体综合素质差异相对较大，这就会对竖向构件连接质量产生直接影响，即便设计方案质量较高，最终施工效果也可能达不到预期目標，所以设计人员应对构件水平受力构件实施最大化预制，并要运用预制轻质隔板进行竖向非承重构件设计，最大限度对最终施工质量进行保证；第二，对于构件抗震性以及节点接连研究有待提高，这样的现状会直接造成节点连接手段较为单一，成体系以及实体实验也缺少相应的节点衡量指标，这也是相关人员需要注意的内容。国内相关部门应加大对结构以及相关内容的研究力度，不断对节点连接形式进行丰富，确保预制装配式墙结构设計能够更加科学、高质。

5 结束语

设计人员在对预制装配式剪力墙结构进行设计过时，不仅要对设计原则以及设计流程进行明确，同时还应对节点连接、叠合楼板以及抗震等环节进行科学设计，要将现场实际施工情况以及剪力墙设计规范等影响因素考虑到其中，科学对每一项工序进行设计，要从细节入手对结构的每项设计进行细化，从而制定出高质量的结构设计方案，为剪力墙结构施工质量提供保障，确保其可靠性以及安全性能够达到一定水平。

参考文献

[1]沙乃健.装配式剪力墙住宅结构设计分析[J].住宅与房地产，2016，（36）：49.

[2]蒋杰.装配式剪力墙结构设计案例分析[J].住宅产业，2017，（1）：34-43.

[3]余辉云，马珂.预制装配式剪力墙结构设计及若干问题探讨[J].安徽建筑，2016，（5）：212-213，231.

[4]张勇胜.装配式剪力墙结构体系在某高层住宅中的应用[J].低碳世界，2016，（36）：195-196.

[5]梁亮亮.装配式剪力墙住宅结构设计分析[J].住宅与房地产，2017，（6）：123.

[6]向渊明，金山，罗昭军.预制装配式剪力墙结构设计思路[J].重庆建筑，2017，（3）：31-34.

[7]李萌.高层预制装配式剪力墙结构设计及墙体拆分研究[J].江西建材，2017，（9）：27，29.

[8]徐晔桢.预制装配式剪力墙结构住宅建筑的设计[J].建筑施工，2013，（10）：928-930.

（作者单位：1.华北理工大学建筑工程学院；2.华北理工大学材料科学与工程学院）