浅析住宅建筑剪力墙结构设计

摘要：预制装配式剪力墙结构住宅建筑体系具有施工简便、安全、快捷等显著优势，目前已越来越多地被采用。以某动迁安置房地块项目为例，介绍该预制装配式剪力墙结构体系的原理、技术特点及具体的接缝节点工艺，仅供参考。

关键词：预制装配式；剪力墙结构；住宅；连接

1结构体系概述

预制装配式剪力墙结构住宅建筑体系竖向构件剪力墙采用预制，水平构件楼板采用预应力PC叠合板形式，竖向构件节点采用单排居中大直径钢筋螺栓连接，水平构件与竖向构件节点采用现浇连接，形成整体结构体系。该体系的技术特点是：

（a）构件采用工厂化制作，产品质量利于控制，构件外观质量满足清水混凝土要求；

（b）外窗框在构件预制结构直接预埋，避免出现外窗渗水等质量隐患；

（c）现场模板周转少、工期短、用工量少、工人劳动强度降低；

（d）施工现场湿作业减少，对环境的影响减少。

2工程概况

应用本体系的工程项目为某保障性住房中的动迁安置房，地上为13层，地下为1层，总建筑高度37.7m，为剪力墙结构住宅。近几年保障性住房飞速发展，若按传统方法建造，存在施工周期长、质量不稳定、能源消耗量大等缺点，本项目地上部分的剪力墙、楼板、楼梯等均采用工厂预制、现场装配的建造模式，大大提高住宅产业化程度，满足国家“节能、节地、节水、节材、环保”的要求，经计算该住宅的预制率达到70%以上。

3预制墙体连接接缝技术一般原则

剪力墙构件是主要受力构件，也是首要的抗震耗能构件。装配式混凝土剪力墙结构的整体性能及抗震性能取决于装配式剪力墙构件的强度、刚度及延性。装配式剪力墙结构中存在大量的水平接缝、竖向接缝，预制装配式剪力墙结构依靠节点拼缝将预制构件连接成为整体。这些节点设计是关键，是保证结构安全的重要部位，它的受力性能直接决定结构的整体性能，因此必须具有良好的抗震性能，以确保安全可靠。

接缝构造节点设计时一般应遵循以下原则：

（a）节点受力应力求传力简洁、明确，使计算分析与节点实际受力情况相符；

（b）保证节点连接具有足够的强度，使结构不致因连接较弱而引起破坏；

（c）节点连接应具有良好的延性，在设计中应采用合理的细部构造；

（d）构件的拼接在一般情况下应按等强度原则设计，也就是说拼接件和连接强度应能传递断开节目的最大承载力；

（e）尽量简化节点构造，以便于加工及安装时容易就位和调整。

4连接接缝构造节点

对于装配剪力墙结构预制墙板的接缝连接，目前普遍采用的是在水平拼缝处通过灌浆套筒钢筋对接的方法，实现墙内竖向钢筋受力的连续性。

灌浆套筒连接技术的原理，是通过向内外套筒间的环形间隙填充水泥浆等灌浆料的方式来连接内外2根钢筋。采用该技术钢筋受力连续，但不适用于截面宽度较小、钢筋较密的剪力墙构件。

因此在设计时，采用大直径钢筋代替小直径钢筋来连接预制墙板。考虑连接处钢筋居中，这样可以不影响预制墙体的竖向钢筋的连续性，且不会削弱预制剪力墙混凝土。通过等面积代换，只需配置单排的大直径钢筋即可满足配筋要求。

本项目剪力墙的接缝连接构造节点主要分为以下几种：山墙墙体竖向连接节点；中墙墙体竖向连接节点；墙板连接节点构造；预制剪力墙水平连接节点；现浇梁与预制竖向墙体连接节点。

4.1山墙墙体竖向连接节点

预制剪力墙板安装后，采用预埋单排居中螺栓的连接方式来保证钢筋以及墙板的受力性能，安装后通过现浇节点浇筑形成整体。

对于连接节点，为同时保证延性和承载能力要求，应采用延性较好、有明显屈服点、屈服强度满足承载力要求的钢筋，因此本项目采用HRB400级热轧钢筋。采用钢筋等面积代换的原则，采用大直径钢筋连接螺栓，并配合预留钢筋的间距，相应设置螺栓连接的安装孔，可以减少施工现场的湿作业，提高预制构件工厂化程度。经计算确定连接螺栓的直径为20mm，间距600mm。螺栓连接的安装孔预留在上层墙体上，并预留在外墙内侧面以方便操作，安装孔尺寸为150mm×200mm。

上层墙体待安装、校正到位后再进行灌浆施工以形成刚性连接节点，内灌注C35混凝土封闭。上下2块预制剪力墙之间预留高200mm的灌浆缝，后灌浆料，并与楼板的现浇层结合，增加连接的整体刚度，灌浆采用C30混凝土。为增加预制墙板刚度，在墙板的顶部及底部均设置200mm×250mm的暗梁（图1）。

4.2中墙墙体竖向连接节点

如图2所示，中墙上下层墙体连接部位位于楼层层面，预留安装孔同样设置在上层墙体，设思路计同山墙墙体竖向连接节点。

4.3墙板连接节点构造

考虑到本项目要求预制承重剪力墙板种类少、施工现场湿作业少的特点，采用SP预应力空心板。由于该SP板的承载力高、使用跨度大的特性可以减少竖向承重结构；SP板在沟槽灌缝后可形成整体楼面，共同承担楼面荷载；SP板的抗震性好且板块组合灵活、开洞方便，可满足各种建筑平面的需要；预应力SP板为单向配筋构件，受力筋为钢绞线，其韧性足、强度大、结构构造设计合理，优于其他同类板材。

在竖向墙体安装及螺栓施工完成后即可进行楼层预制叠合板安装。SP板的宽度统一为1200mm，以减少预制规格及板的水平拼缝，简化现场拼接工序。板基本是以2个开间的距离为长度来划分的，厚度为150mm。

4.3.1预应力SP板与剪力墙连接节点

墙体可以作为预制叠合板的临时支座，预应力板搁置在剪力墙上，搁置长度为50mm。预应力SP板与剪力墙连接处为薄弱位置，在预应力SP板芯孔预先开槽，并沿布板方向每隔600mm配置2根Φ10mm@600mm的加筋，以保证延性。

在预制墙板的顶部预留70mm×200mm与SP板板槽现浇同步施工，通过楼面叠合层混凝土浇筑形成整体，这样可以提高墙板与SP板的连接刚度；墙板顶预留的现浇尺寸较小，不会过多增加现场的湿作业，且现浇的同时可以封堵上下预制墙板水平拼缝，阻隔室外水汽渗入到室内，提高防水性能（图3）。

4.3.2预应力SP板与现浇梁连接节点

预应力SP板在现浇梁上的搁置长度为50mm，预应力SP板芯孔预先开槽，沿布板方向每隔600mm配置2根Φ10mm@600mm的钢筋，并沿现浇梁的长度方向，附加2根Φ8mm@200mm钢筋，灌槽后预应力SP板与现浇梁刚接，形成整体楼面，增加结构刚度（图4）。

4.4预制剪力墙水平连接节点

预制剪力墙水平连接节点分为T形连接、L形连接及一字形连接。由连接节点形成的竖向拼缝属于干接缝，在接缝处易形成薄弱截面，且造成该截面部位剪力墙边缘构件的中断，从而影响整个墙体的受力性能。

为提高边缘构件连接的可靠性，连接节点在纵、横向预制剪力墙连接处预留200mm×200mm的后浇节点，预制剪力墙内预留附加钢筋，在后浇节点处的纵向钢筋与预制暗柱内的水平箍筋连接在一起，现浇后形成刚性连接节点。预制暗柱部分为200mm×300mm。单排居中螺栓连接的方式还属于一种新技术，为安全起见，预制暗柱中的纵向钢筋仍旧采用套筒连接（图5）。

4.5现浇梁与预制墙体连接节点

连接节点采用在预制剪力墙上开设梁槽、预留梁支座而后现浇混凝土的形式整体连接。梁槽高度为460mm，宽度同梁宽，梁槽搁置在剪力墙上的支承长度同墙厚。根据规范要求，计算时考虑剪力墙与其平面外相交的楼面梁铰接，故没有在楼面梁轴线方向设置与梁相连的暗柱。现浇梁的纵向钢筋相应锚入现浇梁槽及剪力墙顶部的暗梁中，实际配筋时也应充分考虑钢筋伸入长度须满足锚固长度要求（图6）。

5结语

根据发达国家经验，发展住宅产业化是减低建筑能耗的重要途径之一，而目前住宅的建造仍以现场施工为主，产业化程度低，环境影响较大，且在政策层面上缺乏具体的配套措施。因此，迫切需要开发一种符合住宅产业化发展的预制混凝土住宅体系，提高住宅预制率，形成设计、构件制作、安装和现场施工吊装等整套标准化工业流程和安全生产标准。

本工程的连接设计采用了单排居中大直径钢筋连接形式，较国内已建成的类似工程在设计技术上有很大提高，设计理念上也有较大的创新改革。

该体系在应用技术研究、标准规范的编制、生产工艺等多方面还需进一步的发展，加大与相关高校、企业的合作，以促进中国住宅产业化的发展。

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