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预制装配整体式剪力墙结构体系

来源:沈阳卫德住宅工业化科技有限公司

“装配式混凝土结构”的英语翻译是precast concrete structure,英文简称PC。预制混凝土构件或部件通过各种可靠的连接方式装配而成的混凝土结构称之为装配式混凝土结构。


“装配剪力墙结构”是“装配式混凝土结构”的一种类型,其定义是主要受力构件剪力墙、梁、板部分或全部由预制混凝土构件(预制墙板、叠合梁、叠合板)组成的装配式混凝土结构。在施工现场拼装后,采用墙板间竖向连接缝现浇、上下墙板间主要竖向受力钢筋浆锚连接以及楼面梁板叠合现浇形成整体的一种结构形式。


结构设计

预制装配整体式剪力墙结构宜简单、规则、均匀及对称,不应采用严重不规则的结构体系,并应符合下列要求:


1 应具有必要的承载能力、刚度和良好的延性;


2 结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布,应避免局部突变和扭转效应而形成薄弱部位以及产生过大的应力集中或塑性变形集中,对可能出现的薄弱部位,应采取有效措施予以加强或采用隔振、减震措施;


3 应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力;


4 结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。


预制装配整体式剪力墙结构的高宽比不宜超过6。


预制装配整体式剪力墙结构的抗震等级应根据抗震设防烈度、结构高度按有关现行国家标准确定相应的抗震等级,并采取相应的计算和构造措施。


预制构件间连接设计应满足传力明确和构造可靠的要求。对有抗震设防要求的结构,尚应满足抗震要求。


预制构件间连接钢筋应不低于预制构件该部位不连续钢筋强度等级及直径。


结构布置


预制装配整体式剪力墙结构平面和竖向布置应符合现行国家标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3的相关规定。


在预制装配整体式剪力墙结构平面横向墙体布置时,两侧端部山墙宜布置预制承重墙板;内墙可根据结构横向抗侧力需要设置预制承重墙板或预制轻质填充墙板。


在预制装配整体式剪力墙结构平面纵向墙体布置时,纵向内、外剪力墙的承重墙板布置可根据纵向抗侧力的需要设置;阳台及门窗部位周边部位可根据需要设置非承重的预制轻质填充墙板。


预制装配整体式剪力墙结构竖向抗侧力构件通过现浇连接带、竖向主承力钢筋浆锚连接等形成整体,抗震设计时,需加强连接构造和必要的设计验算,保证其受力整体性和连续性。


预制装配整体式剪力墙结构房屋的顶层、平面复杂或开洞过大的楼层、作为上部结构嵌固部位的地下室顶板应采用现浇楼盖结构。


预制装配整体式剪力墙结构的剪力墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比在抗震等级为三级时不宜大于0.6。


构件设计

预制装配整体式剪力墙结构构件宜按房间的开间、进深以及门窗、楼梯、电梯井洞口位置分块,同时必须考虑构件形状、构件重量、拼缝位置、吊装机具起吊能力等因素,楼板、屋面板考虑起吊运输及施工方便宜设计成单向板。


预制墙板、楼板的分块大小划分应充分考虑施工现场垂直运输吊装机械的起重载荷、起升高度和工作幅度的能力。预制墙板高度可按单个楼层高度或两个楼层高度划分。墙板的竖向拼缝宜避开暗柱位置,预制墙板、叠合板的分块划分应尽量减少构件的种类和型号。


预制装配整体式剪力墙结构构件设计除应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的相关规定,尚应进行施工阶段受力和变形验算。


阳台、空调板、挑檐等悬挑构件当施工方便并安全可靠时可与楼板、屋面板合并设计成大型构件;当限于模板、起吊能力需分开预制后现场连接时,应通过可靠的插筋叠合现浇或浆锚连接实现悬挑构件与主体结构形成刚接、连成整体。对于层数大于10层的高层建筑,对该部分连接进行设计及构造时,尚应考虑竖向地震作用的影响。


预制装配整体式剪力墙结构体系的全预制构件和叠合式构件,均应合理地设计配筋;应避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土的压溃先于钢筋的屈服、钢筋的锚固粘结破坏先于构件破坏。


剪力墙结构住宅建筑设计的主要内容


1、 装配式剪力墙住宅建筑设计的步骤及流程。


首先要做好技术策划,通过技术策划实现提效和减负的目标。在实际操作中,通过对已有工程项目的梳理。在技术策划阶段,要注意以下几个方面的问题:


1) 结合工程实际采用混凝土预制构件,类型包括预制墙板(外墙、内墙)、叠合楼板、预制楼梯、预制空调板、预制女儿墙、非承重建筑分格墙板等,相互间形成完整的建筑系统。


2) 追求适宜的结构预制率(现阶段建议在50%左右),结构外墙基本实现全装配化,争取实现无外架施工,从根本上改变传统建造方式和施工组织形式。


3) 通过设计优化,包括用模数协调的原则,集成各种要素,实现“少规格、多组合”


4) 使现浇节点规格统一化,可以采用少规格的定型模板和组合模板进行施工,提高质量,缩短工期。


其次建筑设计要结合装配式剪力墙住宅的特点,装配式剪力墙住宅作为一种“工业化住宅”,应该是技术理性的工程杰作并以“工程师的艺术”为美。不是所有的工程项目都适合于采用“装配式剪力墙结构”来建设,需要在前期策划定位和规划设计时加以重视。


第三在设计阶段要积极进行专业之间和全产业链内部的积极沟通、互动及配合,并加入相应的步骤及内容。


方案阶段,根据技术要点的要求做好户型设计和立面设计。平面设计在保证使用功能和户型好用、适应性强的基础上,通过全体系的模数协调,围绕提高模板使用效率和体系集成度的目标进行设计;立面设计要考虑拆板设计,并依据装配式建造方式的特点实现立面的个性化和多样化。通过建筑设计的模数化、标准化、系列化,进而实现预制构件的“少规格、多组合”。


初设阶段,结合各专业的工作进一步优化和深化,拆板设计也要结合需要调整变化,在预制墙板上开始考虑强电箱、弱电箱、预留预埋管线和开关点位的设计。根据我们的经验,在此阶段要求装修设计提供详细的“点位布置图”。同时要提供专项的“经济性评估”,分析成本因素对最终实施的“装配式剪力墙住宅”技术方案的影响,确定最终的技术路线。


施工图阶段按照初设确定的技术路线深化设计,各专业与建筑部品、装饰装修、构建厂等上下游厂商加强配合,做好构件拆分深化设计,提供能够实现的预制构件大样图;做好大样图上的预留预埋和连接节点设计;尤其是做好节点的防水、防火、隔音设计和系统集成设计,解决好连接节点之间和部品之间的“错漏碰缺”。


第四要做好预制构件加工图的设计。当前,预制构件加工图大多由预制构件厂依据设计院提供的大样图深化设计,建筑师的工作主要是配合和把关,确保预制构件实现设计意图。下一步,可以通过BIM设计,实现基于BIM平台的预制构件设计。BIM设计实践案例表明,可以将预制构件作为建筑信息系统的基本单元,整合预制构件的所有必要信息,实现设计直接向相关产业链提供BIM模型平台服务的目标。


2、 装配式剪力墙住宅建筑设计的内容和深度要求。


关于装配式剪力墙住宅建筑设计的内容和深度要求,现在还很难有一个很明确的结论,结合我们的相关实践,国内大家习惯的建筑工程设计图纸深度要求是基础,在此基础上要增加构件大样图、墙板编号索引图和连接节点构造详图等。



剪力墙结构住宅建筑设计的主要内容


1、 装配式剪力墙住宅建筑设计的步骤及流程。


首先要做好技术策划,通过技术策划实现提效和减负的目标。在实际操作中,通过对已有工程项目的梳理。在技术策划阶段,要注意以下几个方面的问题:


1) 结合工程实际采用混凝土预制构件,类型包括预制墙板(外墙、内墙)、叠合楼板、预制楼梯、预制空调板、预制女儿墙、非承重建筑分格墙板等,相互间形成完整的建筑系统。


2) 追求适宜的结构预制率(现阶段建议在50%左右),结构外墙基本实现全装配化,争取实现无外架施工,从根本上改变传统建造方式和施工组织形式。

3) 通过设计优化,包括用模数协调的原则,集成各种要素,实现“少规格、多组合”


4) 使现浇节点规格统一化,可以采用少规格的定型模板和组合模板进行施工,提高质量,缩短工期。


其次建筑设计要结合装配式剪力墙住宅的特点,装配式剪力墙住宅作为一种“工业化住宅”,应该是技术理性的工程杰作并以“工程师的艺术”为美。不是所有的工程项目都适合于采用“装配式剪力墙结构”来建设,需要在前期策划定位和规划设计时加以重视。


第三在设计阶段要积极进行专业之间和全产业链内部的积极沟通、互动及配合,并加入相应的步骤及内容。


方案阶段,根据技术要点的要求做好户型设计和立面设计。平面设计在保证使用功能和户型好用、适应性强的基础上,通过全体系的模数协调,围绕提高模板使用效率和体系集成度的目标进行设计;立面设计要考虑拆板设计,并依据装配式建造方式的特点实现立面的个性化和多样化。通过建筑设计的模数化、标准化、系列化,进而实现预制构件的“少规格、多组合”。


初设阶段,结合各专业的工作进一步优化和深化,拆板设计也要结合需要调整变化,在预制墙板上开始考虑强电箱、弱电箱、预留预埋管线和开关点位的设计。根据我们的经验,在此阶段要求装修设计提供详细的“点位布置图”。同时要提供专项的“经济性评估”,分析成本因素对最终实施的“装配式剪力墙住宅”技术方案的影响,确定最终的技术路线。


施工图阶段按照初设确定的技术路线深化设计,各专业与建筑部品、装饰装修、构建厂等上下游厂商加强配合,做好构件拆分深化设计,提供能够实现的预制构件大样图;做好大样图上的预留预埋和连接节点设计;尤其是做好节点的防水、防火、隔音设计和系统集成设计,解决好连接节点之间和部品之间的“错漏碰缺”。


第四要做好预制构件加工图的设计。当前,预制构件加工图大多由预制构件厂依据设计院提供的大样图深化设计,建筑师的工作主要是配合和把关,确保预制构件实现设计意图。


2、 装配式剪力墙住宅建筑设计的内容和深度要求。


关于装配式剪力墙住宅建筑设计的内容和深度要求,现在还很难有一个很明确的结论,结合我们的相关实践,国内大家习惯的建筑工程设计图纸深度要求是基础,在此基础上要增加构件大样图、墙板编号索引图和连接节点构造详图等。


装配式剪力墙结构住宅建筑设计内容、方法和要点


1、 总平面设计:


在装配式剪力墙结构工业化住宅的规划设计中,构件运输、构件存放和构件吊装是需要特别关注的重要方面,要有适宜构件运输的交通条件,要考虑预制构件的现场临时存放条件,要考虑预制构件吊装设施的安全、经济和合理布置。


2、户型设计:


装配式剪力墙结构工业化住宅宜选用大空间的平面布局方式,合理布置承重墙及管井位置,满足住宅空间的灵活性、可变性。公共空间及户内各功能空间分区明确、布局合理。主体结构布置宜简单、规整,应考虑承重墙体上下对应贯通,突出与挑出部分不宜过大,平面凸凹变化不宜过多过深。平面体型符合结构设计的基本原则和要求。


3、 厨卫设计


住宅厨房与卫生间平面功能分区宜合理,住宅厨房、卫生间上下宜相邻布置,便于集中设置竖向管线、竖向通风道或机械通风装置。


4、 楼面设计


首先,标准化、模数化,尽量减少板型,节约造价。


其次,大尺寸的楼板能节省工时,提高效率,但要考虑运输、吊装和实际结构条件。


其三,复杂部位(如开洞多,异型、降板等)可考虑现浇。


第四,连接节点的构造设计应分别满足结构、热工、防水、防火、保温、隔热、隔声及建筑造型设计等要求,尽量采用封闭系统(先装法)。


第五,叠合层及垫层:结构叠合层厚度一般为60~70mm,电气专业在叠合层内进行预埋管线布线,要保证叠合层内预埋电管布线的合理性,保证施工质量。建筑垫层厚度一般为100~120mm,暖通空调专业的给水、暖管、太阳能等一般布置在建筑垫层中,设计要通过管线综合,保证管线布置的合理、经济和安全可靠。


5、 预制外墙设计


首先是外墙板型拆分:装配式剪力墙结构工业化住宅的外墙宜全部采用预制外墙,设计应提供预制外墙拆分图,预制外墙的拆分应该遵循以下原则:


1)综合立面表现的需要,应结合结构现浇节点及装饰挂板,合理拆分外墙。(图1.4.1-1、图1.4.1-2、图1.4.1-3);


2)注重经济性,通过模数化、标准化、通用化减少板型,节约造价。制定编号原则,对每个墙板产品进行编号,使每个墙板既有唯一的身份编号又能在编号中体现重复构件的同一性。;


3)预制构件的大小要考虑工程的合理性、经济性、运输的可能性和现场的吊装能力。


图1.4.1-1  外墙板拆分图


图1.4.1-2  外墙板拆分图


图1.4.1-3  外墙板拆分图


其次是节点设计:装配式剪力墙结构工业化住宅的设计关键在于连接节点的构造设计。建筑预制外墙板的水平缝、垂直缝及十字缝等接缝部位、门窗洞口等构配件组装部位的构造设计及材料的选用应满足建筑的物理性能、力学性能、耐久性能及装饰性能的要求。


第三是外墙饰面设计


1) 预制外墙板的饰面宜采用装饰混凝土、涂料、面砖、石材等耐久、不易污染的材料,考虑外立面分格、饰面颜色与材料质感等细部设计要求,并体现装配式建筑立面造型的特点。


2) 建筑外墙装饰构件宜结合外墙板整体设计,应注意独立的装饰构件与外墙板连接处的构造,满足安全、防水及热工设计等的要求。


3) 预制外墙的面砖或石材饰面宜在构件厂采用反打或其他工厂预制工艺完成,不宜采用后贴面砖、后挂石材的工艺和方法。


4) 预制外墙饰面反打工艺


5) 预制外墙使用装饰混凝土饰面时,设计人员应在构件生产前先确认构件样品的表面颜色、质感、图案等要求。


第四是外墙节能设计:采用复合夹心保温外墙构造满足墙体的保温隔热要求,适合严寒、寒冷地区外墙。采用夹心外墙板时穿透保温材料的连接件,宜采用非金属材料。当采用金属构件连接内外两层混凝土板时,应避免连接钢筋的热桥部位结露。


6、 预制楼梯设计


混凝土楼梯现场浇筑是工程质量通病和短板。清水混凝土预制楼梯,特别能体现出工厂化预制的便捷、高效、优质、节约的特点。住宅楼梯包括两跑楼梯和单跑剪刀楼梯,可采用的预制构件包括梯板、梯梁、平台板和防火分隔板等。预制楼梯宜采用清水混凝土饰面,采取措施加强成品保护。楼梯踏面的防滑构造应在工厂预制时一次成型,节约人工、材料和后期维护,节能增效。采用统一的住宅层高,实现预制楼梯的模数化、标准化。


7、 内装修设计


通过装配式结构与装修设计的产业化集成,建立起装配式剪力墙产业化住宅体系。实现装配式剪力墙住宅功能、安全、美观和经济性的统一;对装修的住宅部品部件进行模数协调和规模化生产,通过部品的标准化、系列化、配套化,实现内装部品、厨卫部品、设备部品和智能化部品的产业化集成。


8、 建筑节能设计


当采暖居住建筑采用预制夹心外墙板时,其保温层宜连续,保温层厚度应满足建筑围护节能设计要求。带有门窗的预制外墙,其门窗洞口与门窗框间的密闭性不应低于门窗的密闭性。


9、 系统集成及节点设计


要将工业化建筑的各个构成要素通过适宜的技术手段加以集成,关键是做好各种节点的整体技术策划和设计,并通过通用的协调手段加以整合。



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