装配式剪力墙结构设计常见问题解析

(整期优先)网络出版时间:2021-02-24
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装配式剪力墙结构设计常见问题解析

刘 玮

建研航规北工(北京)工程咨询有限公司 北京 100013

摘要:根据经济发展的需要,政府推出了大力发展建筑工业化和装配式建筑的产业政策,装配式剪力墙结构,特别是用于住宅建筑的数量在不断增长。装配式整体剪力墙结构,是一种新的结构形式,设计人员在实际设计中进行具体的结构计算和构造处理时,常常遇到缺少充分经验和使用规范条款不准确的情况。有必要对常见问题进行总结和整理,作为结构设计者解决实际问题的参考。

关键词:装配式剪力墙结构 计算要求 连接设计

0引言

为了贯彻落实国务院2016年9月下发的《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》和住建部2017年3月下发的《“十三五”装配式建筑行动方案》,全国各省市政府都推出了有关大力发展装配式建筑的政策,细化了有关装配式建筑在新建建筑中的比例要求、对建筑装配率的要求和有关的税收优惠等政策。在新建住宅建筑中,装配式剪力墙建筑占比很大。设计人员需要适应新形势,新要求,在设计中不仅需要熟练灵活地运用相应的国家和地方标准、规范,解决实际问题,还要在前期的结构方案论证和施工图阶段的设计中贯彻装配式建筑的基本理念:快速、经济和标准化,为后续装配式建筑的施工做好准备工作。

1装配式剪力墙结构方案应注意的常见问题

2.1 装配式剪力墙前期建筑方案的要求

为达到规定的装配率和预制率要求,提高预制构件的标准化程度,和构件规格的重复率,建筑平面宜规则,采用较大的开间和进深尺寸,以减少现浇节点的数量和比例。

根据国家规范《装配式混凝土建筑技术标准》(GB/T51231-2016)第4.3.1条:装配式混凝土建筑应采用模块及模块组合的设计方法,宜设置标准单元,各楼层层高尽量统一,遵循少规格、多组合的方法,

2.2 装配式剪力墙结构方案的几个要求

(1)根据《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)第6.1.2条,高层装配式剪力墙结构宜满足规定的高宽比。高宽比控制主要是为了保证结构的经济合理性。在满足规范对结构承载力、结构稳定、结构变形等方面的基本要求基础上,结构高宽比较大时,结构底部倾覆力矩相对增加,也不利于结构变形的控制。对结构底部抗侧力构件刚度和承载力要求增加,影响建筑布置、增加结构造价,也不利于结构构件设计的标准化。在底部倾覆力矩较大时,装配式剪力墙的连接接缝,易在拉应力作用下出现通缝,降低剪力墙作为抗侧力构件的的抗剪能力。

(2)根据《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)第6.1.5条,装配式结构的平面布置宜简单、规则、对称,质量、刚度宜均匀分布,不应采用严重不规则的建筑,宜控制平面长宽比在合理范围内,避免凹凸过大。建筑平面不规则易在地震作用下产生较大的扭转作用和局部应力集中。不规则部位不符合标准模数,不适合布置预制墙段,不容易达到规定的整体预制率要求,增加了后期施工的难度;结构构件受力较大,材料强度提高、用量增加,不够经济。

(3)根据《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)第6.1.8条,装配式剪力墙结构的底部加强部位,高层装配式剪力墙结构的电梯井筒等,宜采用现浇混凝土剪力墙。

2装配式剪力墙结构计算应注意的问题

3.1装配式剪力墙结构的抗震等级确定

根据《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)第6.1.3条,丙类A类高层装配式剪力墙结构抗震等级的区分高度与《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第6.1.2条、《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)第3.9.3条有所不同,6度、7度、8度区的区分高度由80米降低为70米。现行的《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)未对9度区采用装配式结构做出规定。

3.2装配式剪力墙结构的计算规定

(1)根据《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)第6.3.1条,装配整体式结构可采用与现浇混凝土结构相同的方法进行结构分析。当同一层内既有预制又有现浇抗侧力构件时,地震组合下承载力计算时,宜对现浇抗侧力构件在地震作用下的内力进行放大。

对于装配式剪力墙结构,《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)第8.1.11条规定,对同一层内既有现浇墙肢也有预制墙肢的装配式整体剪力墙结构,现浇墙肢在计算水平地震作用下的弯矩、剪力宜乘以不小于1.1的增大系数。

(2)装配式剪力墙结构的连接设计,即预制构件与现浇构件或预制构件之间连接接缝的承载力计算和构造是结构设计需要重点控制的部位。规范对此进行了专门规定。

根据《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)第6.5.1条规定,装配式剪力墙结构的底部加强部位,采用装配式剪力墙时,地震设计状况下梁端、柱端、剪力墙底部接缝受剪承载力设计值应大于被连接构件端部按实配钢筋面积计算的斜截面受剪承载力设计值乘以增大系数。(《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)第6.5.1条公式中公式6.5.1-3:η

jVjdE≤VuEREj为受剪承载力增大系数,抗震等级为一、二级时取1.2,抗震等级为三、四二级时取1.1。)

3.3装配式剪力墙结构需进行施工阶段的验算。

预制墙板应进行在翻转、运输、吊运、安装等短暂设计状况下的施工验算,施工验算时应按规范要求考虑动力系数。

3装配式剪力墙构件及构造设计应注意的问题

4.1预制剪力墙的尺寸要求

预制剪力墙的厚度要求同现浇剪力墙,应满足《建筑抗震设计规范》第6.4.1条要求和《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.1条。除此之外,开洞预制剪力墙洞口宜布置在居中位置,洞口两侧墙肢宽度不应小于200mm,洞口上方连梁高度不宜小于200mm。

4.2预制剪力墙的边缘构件和连接

预制剪力墙的边缘构件按《建筑抗震设计规范》第6.4.5条要求和《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.14条要求设置。预制剪力墙之间应采用整体式连接,即连接部位的边缘构件宜采用现浇混凝土。根据《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)第8.3.1条规定,纵横墙交接处的约束边缘构件和构造边缘构件宜全部采用现浇混凝土;当构造边缘构件仅在其中一面墙设置现浇混凝土时,后浇段的长度不宜小于300mm。

非边缘构件位置,相邻的预制剪力墙之间应设置后浇段,后浇段宽度不宜小于200mm。预制墙板钢筋在现浇墙段内的锚固应符合《钢筋混凝土结构设计规范》的规定。

4.3 预制剪力墙的配筋要求

进行预制剪力墙构件的承载力设计和计算分布钢筋配筋率时仅计入连接钢筋,连接钢筋的最小配筋率应满足《建筑抗震设计规范》第6.4.3条要求,边缘构件的配筋应符合《建筑抗震设计规范》第6.4.5条要求。

4.4 预制剪力墙的连接钢筋构造要求

装配整体式结构中,钢筋连接可选用机械连接、套筒灌浆连接、浆锚搭接连接、绑扎搭接连接等方式。目前比较广泛采用的是套筒灌浆连接。

套筒灌浆连接时,预制剪力墙墙板底部套筒以上300范围内,应设水平钢筋加密区,加密区钢筋的要求应符合《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)第8.2.4条规定。

套筒灌浆连接时,预制剪力墙墙板部分连接竖向钢筋时,同侧钢筋的间距不应大于600mm,不连接的竖向分布钢筋直径不应小于6mm。

4.5装配式剪力墙结构的其它设计要求

装配式剪力墙结构的屋面应在预制墙顶部设置封闭的钢筋混凝土圈梁;各层楼面在预制剪力墙的墙顶无圈梁的部位,应设置连续的钢筋混凝土水平后浇带。

4结束语

装配式剪力墙结构在国家提倡建筑产业化,支持装配式建筑的政策背景下,是目前新建住宅建筑大量采用的结构形式,结构设计是装配式剪力墙设计的重要环节。所以,相关工作人员要注意设计中的常见问题和关键点,使装配式剪力墙结构设计在实现建筑功能和满足安全度等方面符合规范要求,而且要同时注重经济性和合理性。符合发展建筑工业化和装配式建筑的整体要求。



参考文献

[1] 郭惠琴马涛陈彤郑辉. 装配式混凝土剪力墙结构住宅建筑的结构技术策划 [J].建筑结构.2020. 20.

[2] 李亚楠 . 基于装配式建筑结构设计要点分析 [J].工程建设与设计. 2020.11.