装配式混凝土多层墙板结构设计与施工

李宇文

衡阳远大建筑工业有限公司 湖南衡阳 421000

装配式混凝土多层墙板结构房屋形式上与上世纪80 年代的大板房有相似之处。当时以北京为代表的很多城镇兴建了一批全装配化的住宅，光北京地区年竣工面积就从1975 年的28 万平米增值至1984 年的52.4 万平米，据不完全统计，这一时期北京市建成的装配式住宅总计1000 万平米[1]。但是随着防水、冷桥、不易装修等一系列问题的出现，同时90 年代现浇体系的完善，大板房的建设逐渐萎缩。1991 年建设部颁布《装配式大板居住建筑设计和施工规程》JGJ1-91 之后25 年的时间无标准和技术规程更新。直到2014 年10 月开始实施的《装配式混凝土结构技术规程》中才再次提及多层装配式剪力墙结构的设计要求。随后2017 年6 月开始实施的《装配式混凝土建筑技术标准》中才对装配式混凝土多层墙板结构建筑有了比较明确的定义和设计标准。

装配式混凝土多层墙板结构房屋主要由预制墙板和叠合楼板组成，不需要现浇柱、现浇剪力墙、现浇梁板。主要特点是建造快速、预制程度高、现场几乎没有不需要模板；同时也对预制构件的生产精度，运输方案，施工工序提出了更高的要求。而且在方案和深化设计阶段就需要考虑到建筑全流程，要根据当地市场上现有的施工机械、建筑材料和运输设备合理拆分预制构件，否则设计出的项目根本无法实施或是需要增加大量的措施费用。

1 装配式混凝土多层墙板结构房屋的设计要求

1.1 户型的选择

采用多层墙板结构的房屋户型平面上应避免采用弧形、三角形、多边形的设计；因为弧形的预制混凝土墙板要采用立体磨具生产，成本高、效率低；三角形、多边形的楼板在工厂生产和现场安装就位过程中不易控制角度。避免使用大空间房间和长宽比过大房间的设计。由于此结构形式没有梁，所以房屋净空的大小直接决定了楼板的厚度。一般而言净空超过4.5 米，楼板的厚度超过130 毫米房屋的经济性就会受影响。而设计长宽比大的房间，楼板就要按单向板计算，不利于发挥构件全部里力学性能。房屋的整体宽度和长度也是要在设计方案阶段考虑的问题。由于这类房屋的建设周期比较快，选用汽车吊进行构件吊装比选用塔吊节约成本，而汽车吊的吊装范围受场地和高度的限制，所以如果建筑的短边尺寸超过20 米就要求使用型号比较大的汽车吊进行安装。同时如果建筑单体长度超过50 米，同一层构件吊装过程中就需要移动吊车，延长吊装的时间[2]。

1.2 构件设计的限制因素

采用多层墙板结构房屋构件主要包括叠合楼板、外墙、内墙、歇台板，预制楼梯，空调板。内墙和外墙设计首先要考虑建筑单层的高和生产线的台车的尺寸。现在国内的PC（Precast Concrete）生产线台车的宽度主要是3.5m 和4m 两种，能生产板的最大宽度为3.1m 和3.6m。所以在建筑设计时要根据生产能力来设计层高。一般情况层高3.2 米能满足住宅、公寓、小型办公楼的使用要求，如果设计层高超过生产线的范围，就要在建筑上采用其他可靠的措施。同时内墙和外墙尺寸还要考虑到运输的限高问题。一般城市道路的运输限高为4.5m，而常用的挂车板高1.5m。如果运输高度超过3m 的墙板就需要使用高低挂车来运输。在墙板设计是要综合考虑生产和运输的限制因素，确定哪个因素为控制因素，从而确定尺寸的限值。叠合楼板的设计宽度也受生产线台车宽度，和道路运输限宽的限制。但是由于可以把单个房间的楼板设计成单向板，且长度方向基本能满足房间开间尺寸的需要，所以楼板设计受生产运输限制较小。设计叠合楼板时主要考虑受力方向、配筋、桁架、水电预留等。

1.3 施工流程

（1）桩基础和基础梁；

（2）浇筑混凝土矮墙；

（3）吊装一层装配式墙板：找平层抹灰→起吊就位→临时固定；

（4）套筒灌浆+墙板拼缝灌浆；

（5）搭设楼板支撑及调平；

（6）叠合楼板吊装就位；

（7）水电管线预埋；

（8）预埋钢筋校正

（9）楼面混凝土浇筑；

随后重复步骤3 到步骤9 直到屋面。

2 案例分析

项目背景：本工程为衡阳市湘南纺织产业基地服饰园标准厂房（一期）建设项目，建设地点位于衡阳常宁市，东靠许广高速收费站，西临东外环路。本工程总用地面积约61106 平方米。项目包括6 栋多层墙板结构的综合楼，共5 层，首层高3.6 米、2-5 层层高3 米，建筑高度为15.6 米。标准层面积631.65 平方米，出屋面楼梯间面积为26.79 平方米，单栋建筑面积为2641.54 平方米。综合楼一层为食堂和活动室，二、三层为办公室，四、五楼为倒班休息室。一楼房间尺寸和层高大于二-五层。

2.1 首层墙板设计

由于一层的层高为3.6m，而衡阳当地的预制构件生产厂家生产台车的最大高度为3.2 米（宽度方向可达-10 米），无法达到设计层高要求。需要在一层装配式墙板下预先现浇高度为60 厘米的剪力墙并预留间接钢筋，同时预制3 米高的装配式墙板现场安装。这样可以避免墙板翻转的工序，同时一层墙板可与其他标准层共模。

2.2 外墙设计

外墙采用夹心保温三明治墙体，墙体分三层，分别为外页、夹心保温层、内页。内页配双层双向钢筋，为结构墙体，应符合结构设计的要求。外页为50 厘米混凝土保护层，配单层双向钢筋网片。中间夹心保温材料可使用50 厘米厚挤塑聚苯板。内外页连接可使用GFRP 连接件。GFRP 连接件是连接预制混凝土夹心保温墙体内、外混凝土墙板与中间保温层的关键构件，其主要作用是抵抗两片混凝土墙板之间的相互作用（包括层间剪切、拉拔等）。相比同直径的钢筋，其导热系数为前者的1/50。

图1 装配式外墙大样图

2.3 内墙设计

内剪力墙采用200厘米厚混凝土墙，墙内可采用减重材料填充。

2.4 墙体连接设计

图2 装配式内墙大样图

多层装配式墙板结构纵横墙板交接处及楼层内相邻承重墙板之间可采用水平钢筋锚环灌浆连接。本项目在装配式剪力墙的两侧设计了暗柱，并预埋了钢丝绳锚环，钢丝绳锚环柔韧性更好，便于现场插筋。连接部分节点如下图3。

图3 装配式墙板横向连接节点图

墙板间灌浆连接应采用流动性好、微膨胀的细石混凝土或砂浆填充。填充材料应高于墙板强度一个等级。墙板之间的拼缝是主要漏水隐患，所以应选用防水性能较好的灌浆材料。

2.5 上下层墙板连接

按规范要求，暗柱的纵向受力钢筋，上下层连接可采用焊接连接、浆锚搭接连接、灌浆套筒连接。焊接连接和浆锚搭接连接都需要在墙体上预留一个作业的空间后期焊接或灌浆。灌浆套筒连接方式可以避免在墙上留下缺口，所以本项目采用灌浆套筒的方式。灌浆套筒的内径一般比配套的钢筋的直径大1-2 厘米，现场安装时可调整的空间很小，所以构件加工需要控制精度。

2.6 施工周期

图4 施工进度横道图

湘南纺织产业基地服饰园综合楼每层有41 块装配式墙板，26块叠合板，4 个预制楼梯段。每块墙板的吊装时间为20-30 分钟，叠合楼板和楼梯的吊装时间为15 分钟。根据施工进度横道图可见标准层的施工时间为6 天。6 天时间与现浇框架结构的单层主体完成时间基本相同。但是装配墙板结构在6 天内同时完成了80%的墙体，包括墙面的抹灰，同时完成了装配式墙体内的线管敷设，并且施工过程没有外脚手架，节约了架体搭设和拆除的时间。施工周期相较现浇框架结构节约60%左右。此项目从开工桩机工程到主体封顶一共耗时70 天，其中主体结构的是公用一共耗时32 天。砌体工程、防水工程、保温工程、安装工程、装修工程预计耗时40 天。单位工程的工期预计为110 天，其中还包含下雨的停工时间。

2.7 造价分析

湘南纺织产业基地服饰园综合楼项目单位工程建安成本为5468304 元（2070.50 元每建筑平米），其中主体建安成本为3272183 元（1238.99 元每建筑平米）。同等体量和层数的框架结构办公综合楼单位工程建安成本约为4885850 元（1850 元每建筑平米），其中主体建安成本约为2508950 元（950 元每建筑平米）。多层装配式建筑的价格相比框架结构加砌体墙的成本高11.9%。主要的区别在于主体结构，每平米相差288.99 元。主要原因是多层装配式墙板结构的墙既是承重结构也是分隔墙，墙体的混凝土和钢筋的用量比框架结构或者短肢剪力墙结构要多出一倍。其次国内市场的PC 预制墙体的每立方单价在2500 到4000 之间，再加上安装费用比现浇柱和现浇剪力墙的综合成本要高。所以多层装配式墙板结构虽然没有梁，不需要外脚手架，但是现阶段的成本还是比现浇的要高[3]。

3 结语

多层装配式墙板结构已经有了相关的设计规范和依据，设计师可以在不超越此结构体系限制的情况下进行设计。在选择采用多层装配式墙板结构时要考虑生产、运输、安装的可操作性。如果不全面考虑会导致项目无法顺利实施。多层装配式墙板结构建筑单体的施工周期远低于现浇框架加砖墙二次结构的施工周期，在工期上的有事很明显。多层装配式墙板结构建筑的成本目前还是高于框架和短肢剪力墙结构的建筑，主要原因是预制构件的采购和安装价格较高。