装配式剪力墙住宅建筑设计的要点分析

黄 颖 顾 进

上海现代建筑设计集团工程建设咨询有限公司 上海 200041

上海市从2011年开始推进住宅产业化，经历2011—2015年试点推进期和面上推广期后，2016年发布601号文，全面推行装配式建筑，覆盖范围由住宅领域普及至公共建筑（民用、工业建筑）领域。由此可见，上海市把装配式建筑发展作为建筑业转型升级的重要突破口，认为装配式建筑是传统建筑业与先进制造业良性互动、建筑工业化和建筑信息化深度融合的产物。对于如何进行装配式住宅建筑的设计和建造，GB/T 51231—2016《装配式混凝土建筑技术标准》和上海市DG/TJ 08-2071—2016《装配整体式混凝土居住建筑设计规程》给出很多要求和建议，在项目实际应用中有些注意点需要引起设计人员的重视，并采取合理的技术方法和构造措施，从而提高装配式住宅建筑的建造质量。

1 住宅建筑装配式的现状

目前较多高层住宅建筑都适用装配式的全新施工、设计模式。装配式能简化现有的施工流程，合理运用能减少企业耗费的整体成本。保障房、商品房等均可采用装配式剪力墙结构体系。该体系工业化程度高，预制比例高，房间空间完整，成本最低可与现浇持平、可选择局部或全部预制，常采用全预制剪力墙、叠合楼板、楼梯、阳台、空调板、飘窗等预制构件。 根据沪建建材〔2019〕765号，外围护的建筑部品部件可计入预制率，其本质是鼓励工业化制品的应用，如标准化成品板材墙板、通高窗等。在装饰、机电施工方面，也可最大程度地采用工厂预制、现场组装的工艺，如外门窗与预制外墙板生产时一起安装，卫浴、厨房采用整体厨卫体系[1-3]。

根据沪建建材〔2019〕97号文的要求，上海市内新建居住建筑（100 m及以下），建筑单体预制率不低于40%或单体装配率不低于60%。

2 装配式剪力墙住宅建筑设计的注意点

装配式建筑不能片面地理解为“装配式结构”，建筑师在方案之初就应主导装配式建筑设计，将建筑空间还原为基本模块，立面设计归纳成“少规格、多组合”。装配式住宅建筑作为一种“工业化住宅”，需要深入研究住宅套型设计的标准化与系列化，保证预制构件模具的重复利用率，关注技术的合理性和造价的经济性，并且一开始就要考虑节点构造和施工的因素。就好比一个乐高模型，尽管由很多个零件组成，形成整体后却很牢靠，这就得益于整体设计时的合理拆分和可靠的连接[4-6]。

以上海市金山区某小区项目为例，项目类型为保障性住房，共9栋住宅单体，均采用装配整体式剪力墙结构。通过A、B两种典型房型单元组合，其中1#～3#楼为A＋A双拼、4#～8#楼为B＋B双拼、9#楼为B单拼，兼顾部品部件的配套适配性、耐久性，装配式目标为建筑单体预制率不低于40%，采用外墙内保温的保温形式（沪建建材〔2016〕1号文要求装配式保障性住房不应采用现场湿作业法进行外墙外保温施工）。预制构件类型：预制剪力墙外墙、预制剪力墙内墙、预制外围护墙、叠合楼板、预制阳台、楼梯梯段板、预制凸窗。

2.1 建筑设计（模数化、少规格、多组合）

根据本项目房型面积配比要求，建筑的开间、进深、层高、隔墙及门窗洞口宽度等分部件应以基本模数（1M=100 mm）及扩大模数（2M、3M等）为基础，为后续生产、安装等环节的尺寸协调打好基础，同时尽量减少预制构件种类，以有效降低建造成本。

各功能空间合理布局、规则有序，符合建筑功能和结构抗震安全要求。考虑到装配式结构的受力合理性，平面设计中放弃转角窗。按照少规格、多组合的原则，户型规格少可以使单元型住宅楼的户型模块化。其中户型共5种，占最多比例的A1、A2、B2这3种户型，总计约76%。

本工程从2层起采用预制墙体、楼板、楼梯等构件，尽量利用通用构件。建筑外立面的造型则遵循宁“凹”不“凸”的原则。凹于外墙基准面的造型，生产时仅在现有的底模上增加少量造型条状模具，对生产效率几乎不影响；凸出的造型需要增加模具用量和拆装的工时，少量的凸出造型建议采用建筑装饰或预留钢筋，局部现浇。相比预留钢筋，标准的预留接驳器会更有利于运输和吊装。从本工程的经验来看，接驳器的设置和位置控制实际效果不理想；对于受力较大、复杂的线脚来说，建议预留钢筋。另外，真石漆结合预制墙体的安装缝设置石材分格线，以减少装配式构件对外立面的影响。

2.2 预制构件拆分和连接方式

对装配整体式剪力墙结构进行计算分析时，高度超限数值、梁刚度放大系数等与传统设计有细微的差别，更重要的是提高结构的整体抗倾覆能力。预制构件拆分、构造做法应与结构计算模型一致；跨越楼层的上翻连梁，宜按设缝双连梁设计，拆分时归入上、下预制墙体中[7-9]。

预制构件拆分需兼顾安全性、可实施性和经济性，构件形式宜简洁，以利于控制成本。拆分原则为：构件接缝选在应力小的部位；高层建筑柱梁套筒连接节点应避开塑性铰位置；叠合楼板拆分的方向（板缝）应垂直于长边；应考虑工厂模台或生产线尺寸、道路路况、施工现场起重机限制等因素；转角墙、窗间墙长度是否满足装配式实施，凹口宽度是否满足施工操作要求；尽可能统一和减少构件规格。据了解，预制构件的一个开模模具使用的合理次数是60～200次。对于单个项目而言，特定预制构件的数量达到60个就可以单独开模，以90个为宜。

预制外墙拆分方式可分为整间板方式、窗间墙条板方式（窗间墙采取预制方式，洞口上部叠合连梁同剪力墙后浇连接）、立体墙板方式。本工程主要采用窗间墙板式，预制构件数量有所增加，但是制作难度、伸出钢筋难度、连接节点难度较小，现浇混凝土量较少，技术和管理等成本相对减少。

带洞口墙板窗下墙的构造主要有：与下部连梁形成整体受力连梁；与下部连梁分离，作为双连梁之一；作为轻质填充墙板。若作为轻质填充墙板，则预制率相应减少。本工程主要采用的是双连梁的形式，从而导致预制墙板在楼层处出筋，有可能影响施工的脚手架等，需前期做好策划、合理避让；若不能避让，则可以考虑先预留接驳器，后连接钢筋。

对于装配式剪力墙结构而言，“可靠的连接方式”是最重要的，是结构安全的基本保障。连接方式决定连接节点的设计，其中预制墙板的连接是最为关键的。本工程采用如下几种连接方式：承重剪力墙内纵向钢筋上下连接主要采用螺栓连接；对于出现偏拉的剪力墙肢，单排螺栓或单排灌浆套筒连接无法提供有效的平面外抗弯承载力，此处采用梅花形交叉布置的灌浆套筒连接（图1）；预制围护墙竖向分布钢筋则采用螺栓盲孔连接。

图1 预制墙竖向分布钢筋梅花形连接

2.3 灌浆质量控制

相比框架梁、柱节点连接使用的灌浆套筒，装配式剪力墙采用的套筒直径较小，灌浆料总量小，对灌浆质量控制要求高，密实度控制难度大。相比半灌浆套筒，全灌浆套筒的连接可靠性更好些。本项目采用全灌浆套筒，并对灌浆质量采取相应措施：

1）设计要求严格按照灌浆料使用说明上的配合比和工艺拌制灌浆材料，拌制完成的浆体必须在30 min内用完。每一层预制构件安装到位后应及时灌浆，不宜超过2层一起施工。

2）灌浆施工期间留存灌浆全过程影像资料（图2），进行全过程监控。

图2 灌浆料施工影像资料

3）灌浆工序在该层现浇结构施工完成、进行上层吊装施工前进行，同层构件一次性灌浆。

2.4 防水构造和处理

与传统的现浇结构相比，预制混凝土结构整体现浇的外板，保证了结构构件连接的整体性、连续性，不会因不同材料热膨胀系数之间的差异而引起砖墙与混凝土接缝处开裂，继而导致渗水的现象。但另一方面，由于众多板块拼接，故势必会产生预制板墙之间的水平缝和竖向缝等纵横交错的板块拼缝，从而有可能产生渗漏现象，成为防水的薄弱地带。

防水薄弱部位宜采用材料防水和构造防水相结合的做法。预制外墙板的水平接缝采用高低缝或企口缝构造，理论上具有更好的防水效果，但是该做法给预制构件的制作带来更多困难，运输和吊装过程中会对企口和高低缝有损伤，实际防水效果未必理想。本工程主要采取如图3所示的防水做法，采用内外2道防水相结合的方式，外墙板接缝处用背衬材料加密封胶防水，内侧用封堵砂浆加灌浆料填缝。

图3 PC外墙板与现浇楼板间防水做法（A房型）

随着装配式建筑实践的不断推进，防水材料研究的不断深入，期待在不久的将来，装配式建筑的防水问题能得到更好的解决。

2.5 其他

装配式建筑总的原则，应该是将“共性的”进行预制，达到工业化的目的，将“个性的”进行现浇。现阶段预制构件的生产还是项目单独开模，很难做到提前备置预制构件，从而增加了装配式建筑的建造时间和成本。工业化的方法应该是把常用的预制构件按尺寸和配筋梯度分类，而不是根据特定的建筑结构来定制。非抗震构件，如楼板、楼梯等完全可以采取标准化产品；而抗震构件，则可以考虑用产品化的预制混凝土结构（预制柱、梁、半预制楼板）模式来保证质量并缩短工期，配合隔震减震体系来保证抗震性能。

为达到等同于现浇结构的目的，目前装配式建筑常采用的是装配整体式混凝土结构形式，其抗震性能明显优于传统的预制结构，但是构件形式相对复杂，加工难度也大。要提高建造效率，就需要建立装配式建筑独特的结构形式和新的连接方式。

3 结语

本文结合工程案例，从装配式剪力墙住宅建筑设计过程中的几个方面着手，通过问题的描述、实际采用的技术方法和构造措施的介绍和分析，为这类项目的设计提供了参考。

当前，发展装配式建筑已经成为一种共识，在现有市场资源情况下，关键是如何消化掉成本增量这个问题。如本装配式住宅项目，需要管控很多前置要点，从项目立案到吊装第1块预制构件，理想状况下大约需要5个月的时间，其中涉及许多专业单位。装配式建筑需要一种联合或合作，是一体化的模式，EPC模式就相对比较合适；这种模式也利于装配式建筑的优化设计和质量控制。