预制双面叠合墙板在地下室中的应用

■ 樊 骅 FAN Hua 方松青 FANG Songqing 恽燕春 YUN Yanchun

0 引言

2016年2月6日，中共中央国务院发布的《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中指出，“积极推广应用绿色新型建材、装配式建筑和钢结构建筑，力争用十年左右的时间，使装配式建筑占新建建筑比例达到30%”。《国家十三五纲要》（2016年3月17日）也明确提出“提高建筑技术水平、安全标准和工程质量，推广装配式建筑和钢结构建筑”。大力推动装配式建筑的发展，已成为目前建筑产业发展的重中之重。

1 预制双面叠合墙板构造

双面叠合板剪力墙结构具有较好的自动化程度及安全性，是一种值得在建筑领域推广的结构形式。近年来，这种预制叠合墙板不仅应用于上部结构，在地下工程中也得到了很多应用。在安徽、浙江、上海地区，就有很多预制叠合墙板在地下车库中应用的成功案例，如滨湖顺园、滨湖康园人防地库、中纺CBD、宝业上海中心等，均采用预制双面叠合地下墙板。

预制双面叠合墙板（图1）由两片钢筋混凝土内外叶预制墙板组成，通过桁架钢筋连为整体。预制墙板已根据设计要求配置了受力和构造钢筋，构件在工厂生产完毕后，运输到现场进行安装，并在内外墙板中间浇筑混凝土。

预制叠合墙板用于地下室墙体时，主要承受上部结构传来的竖向荷载和室外填土作用在墙板上的水土合力，预制墙板主要承受轴力、平面外弯矩和剪力作用。地下预制叠合墙板与预制叠合剪力墙受力模式有很大的差异，且与基础底板交接处存在水平拼缝，拼缝处混凝土有效计算厚度减小，因而全现浇计算模型无法直接应用于该体系中，有必要从结构力学性能、节点构造、深化设计等几个方面对该体系进行研究。宝业·爱多邦大型居住社区的地下室墙板便是该结构形式在上海地区住宅工程中的首次应用。

图1 预制双面叠合墙板构造及示意图

图2 宝业·爱多邦项目全景图

图3 地下室结构平面布置图

图4 宝业·爱多邦地下车库预制墙板实景图

2 工程概况

宝业·爱多邦（图2）位于上海市青浦区青浦新城东部，占地面积27 938.2m2。基地北侧是城市次干道规划四路，南侧是北淀浦河路，东侧是规划五路，西侧毗邻配套学校。项目地上建筑面积56 917.49m2，包括8栋16～18层装配式住宅及商业配套、垃圾房和变电站，住宅采用双面叠合板式剪力墙结构和装配整体式剪力墙结构形式，商业配套采用装配整体式预应力-框架结构体系。

地库地下室共1层，建筑面积26 300.86m2，平面略呈扇形（图3），长轴约193.8m，短轴约143.05m；地下室顶标高-1.65m，层高3.95m，主要作为停车库和设备用房，除高层住宅范围外，均采用钢筋混凝土框架结构体系，楼面采用现浇钢筋混凝土梁板体系。

单体范围内地下室2层，层高为3.0m、2.8m，嵌固在各单体相应的地下夹层。

因地下室为超长结构，设计时采取在外墙迎水面保护层内设置钢筋网片、合理设置温度后浇带并在后浇带、外墙、底板及顶板混凝土中掺入抗裂纤维等措施来控制结构的收缩裂缝，在各单体四周外扩一跨设置沉降后浇带，并适当设置温度后浇带，以减小结构不均匀沉降及温度应力的影响，地库东面和南面采用预制双面叠合墙板（图4）。

3 叠合外墙计算模型

叠合外墙总高4.15m，外墙厚380mm，其中预制双面叠合墙板外叶板厚度80mm，内页板厚度60mm，基础底板采用500mm现浇混凝土筏板，顶板现浇混凝土楼板厚250mm。顶板顶标高为-1.65m，底板顶标高为-5.80m，现浇基础底板翻边高300mm（图5）。

图5 预制墙板结构简图

图6 两种计算方案水平力作用下弯矩示意图

预制墙板通过基础筏板顶部预留竖向插筋的形式与基础相连，连接处存在水平拼缝，拼缝处现浇混凝土厚度240mm，预制层总厚度140mm。由于拼缝的存在，故应有针对性对叠合墙板进行截面设计，设计过程中要确保计算分析模型与工程实际、试验受力工况相一致。截面设计时考虑如图6所示两种可能的计算方案。

3.1 抗弯承载力计算模型

计算方案一按照上、下皆按铰接的方案进行。此种方案，在水平力作用下，墙板最大弯矩出现在跨中，支座处截面弯矩为零。截面计算厚度考虑如下：①跨中截面无拼缝，可按全截面进行设计，截面计算厚度采用总厚度80+240+60=380mm，考虑两侧预制层均参与结构计算；②支座截面处无弯矩。

计算方案二按照底部固结，上部铰接的方案进行。此种方案，在水平力作用下，墙板最大弯矩出现在下部支座处。截面计算厚度考虑如下：①跨中截面无拼缝，可按全截面进行设计，截面计算厚度采用80+240+60=380mm，考虑两侧模板均参与结构抗弯承载力和斜截面抗剪承载力计算；②支座截面处弯矩最大，在水平力作用下，混凝土外墙外侧钢筋受拉，内侧混凝土受压，故此处截面计算厚度采用240+60=300mm，即不考虑外侧模板参与结构计算。

考虑到底板的刚度远大于混凝土外墙的刚度，即使外墙支座处按构造配筋，也很难做到真正的铰接，极易产生裂缝发生开裂而导致地下室漏水。故最终取计算方案二，按照下固上铰进行计算；承载力计算时，支座处截面不考虑外侧预制层厚度，中间截面按照全截面考虑。

3.2 裂缝计算模型

叠合墙板用在地下室外墙时，存在较多的接缝，在设计施工中应重视并处理好防水问题。本过程中，通过两种方法予以解决。

（1）对于叠合墙体底部，按照现浇厚度240mm进行裂缝验算，确保按照最不利截面也能满足裂缝控制要求。

（2）防水构造：①在现浇部位埋入特种改性沥青止水钢板；②在拼缝处嵌缝砂浆；③墙体外侧设置2mm+2mm聚合物水泥砂浆防水层或防水涂料两层。截面配筋及构造图见图7。

4 平面外静力推覆试验

宝业集团与同济大学进行了2片叠合剪力墙平面外水平力作用下试验，通过叠合剪力墙试件足尺模型的低周反复荷载试验，研究叠合剪力墙及其现浇对比试件在剪力墙平面外方向的破坏形态与破坏机制、承载力、延性、耗能能力等抗震性能指标，并基于试验研究成果，对叠合剪力墙试件平面外的结构安全性进行验证。

试件（图8、9）的设计轴压比均为0.2，混凝土强度等级为C30，钢筋强度等级均为HRB400级。试件尺寸为2 900mm（高）×450mm（宽）×200mm（厚）。

试验均在同济大学建筑结构试验室完成。采用2 000kN千斤顶施加竖向荷载，并保持轴力恒定；当加载至预定试验轴压比后，采用500kN水平作动器施加往复水平力。采用英国Solartron(SI35951BIMP)Instrument数据采集系统进行数据采集。

4.1 滞回曲线

两片剪力墙平面外顶层荷载-位移滞回曲线见图10、11。

4.2 骨架曲线

两片剪力墙平面外骨架曲线见图12。

4.3 试验结论

通过对试件的试验分析，可得出以下结论。

（1）试件均发生受弯破坏，破坏形态为竖向受拉钢筋屈服，受压区混凝土压碎。

（2）现浇试件ROW-1的极限承载力平均值为17.00kN，叠合试件POW-1的极限承载力平均值为15.66kN，二者相差约8%，这表明叠合剪力墙平面外受弯承载能力设计可参照现浇混凝土剪力墙的相关规定。

（3）现浇剪力墙ROW-1与叠合剪力墙POW-1的滞回曲线包围面积均较大，骨架曲线下降段比较平缓，表现出良好的抗震性能。

（4）叠合剪力墙在平面外具有良好延性。叠合剪力墙POW-1的延性系数平均值为2.61，与现浇对比试件相差不到2%。

（5）叠合剪力墙边缘构件平面外的总体耗能能力较好，叠合剪力墙的耗能略低于现浇试件。二者的刚度退化规律相近。

图7 叠合外墙配筋图

图8 试件ROW-1施工图

图9 试件POW-1施工图

图10 试件ROW-1的滞回曲线图

图11 试件POW-1滞回曲线图

5 结果对比

按照计算方案二上铰下固的支座条件，在已知墙体配筋确定的条件下，分别对全现浇模型和预制模型（不考虑外侧预制层厚度）进行墙体的抗弯承载力计算。计算结果如表1所示。

表1中的受拉钢筋保护层厚度，现浇模型采用实际值50mm，预制模型为墙板外叶板内侧与纵向插筋净间距10mm。可知，在相同的配筋条件下，本文所取计算模型比全现浇模型的承载力降低（268-231）/268=13.8%。

从上文试验结论（2）得出，叠合剪力墙平面外受力过程、破坏模式与现浇结构基本一致，平面外受弯承载力设计可参照现浇混凝土结构的相关规定进行。同时，在其他截面参数一致的情况下，叠合剪力墙平面外极限承载力比全现浇构件承载力略低8%。由此可见，本工程采用现浇混凝土地下外墙抗弯承载力的计算方法进行计算，其计算结果合理且较安全。

表1 墙板弯矩设计值计算表

6 构件深化设计

构件深化设计时，要对预制构件在脱模、翻转、运输堆放过程中混凝土强度、构件承载力、构件变形以及吊具、预埋吊件的承载力进行验算。构件深化图中，需明确预制构件外形尺寸图、配筋图、预埋吊件及埋件的细部构造图等。

6.1 单块墙板的尺寸

单块墙板的尺寸不宜过大，也不宜过小，最大尺寸主要考虑自动化流水线模台的大小、运输车的要求。本项目中，单块墙板的尺寸控制在2.8m以内；单块墙板中桁架钢筋不少于两榀，桁架钢筋的布置要求满足图13的要求，经计算，单块墙板厚度不宜小于600mm。

图12 试件ROW-1/POW-1的骨架曲线图

图13 地下墙板中钢筋桁架的布置要求

图14 叠合墙板竖缝连接大样图

图15 叠合墙板与现浇外墙连接大样图

6.2 单块墙板的重量

墙板的重量必须统筹考虑施工用塔吊的吊装能力，塔吊的起重量与塔吊的型号和臂长有很大的关系。本工程根据现场塔吊的平面布置，墙板的最大重量控制在4t以内。

6.3 墙板的节点连接构造

本工程中，叠合墙板节点连接类型分为叠合墙板竖直拼缝连接、叠合墙板与全现浇外墙连接节点、叠合墙板与后浇带连接节点、叠合墙板与框架柱连接节点及叠合墙板转角处连接节点。各连接节点构造图如图14～17。

当双面叠合墙板作为地下室外墙使用时，为了增强外墙的防水效果，增加防水路线的长度，在转角处采用内外页墙板错开的方式。本项目中，对内外墙板错开200mm，以增加防水路线的长度。

图16 叠合墙板与施工后浇带连接大样图

图17 叠合墙板与框架柱连接大样图

6.4 机电管线及孔洞要求

预制双面叠合墙板上的线盒、消防线管、预埋件、开孔开洞等，均需在深化图纸中明确表示，并在工厂构件生产时已进行预埋和开孔。因此，在墙板拆分过程中，要避免预埋线盒线槽、预埋件和墙顶预留梁槽横跨两跨墙板而不在同一块墙板上，给构件生产和安装施工带来不便。

7 结语

综上所述，本文以宝业·爱多邦为工程背景，针对预制叠合地下墙板进行分析，分析其力学性能，并结合叠合剪力墙平面外静力推覆试验结果，明确地下叠合墙板的计算模型，并总结归纳该结构体系在工程应用中的关键技术。

（1）当预制双面叠合墙板作为地下室外墙板使用时，截面抗弯承载力计算可采用与现浇混凝土墙相同的计算方法。

（2）预制双面叠合墙板底部抗弯计算时，不考虑外叶预制墙板参与承载力计算，仅需考虑中间现浇段和内叶预制板参与受力；底部拼缝处裂缝计算时，仅考虑中间现浇混凝土的厚度参与计算。

（3）在结构深化设计阶段，要对预制件进行脱模、吊装、运输、安装、施工阶段的结构承载力计算。

（4）构件深化时，应综合考虑结构设计、机电管线、构件制作、构件运输安装各阶段的要求，确保构件单板图表达清晰明确。