预制混凝土剪力墙结构在住宅工程中的应用

预制混凝土剪力墙结构在住宅工程中的应用

关志荣

【摘 要】为了适应住宅产业化发展和建筑节能减排的要求，预制混凝土剪力墙结构的研究和应用正成为结构工程领域的热点。根据某预制剪力墙结构小区住宅楼工程中预制墙板、预制梁的设计，介绍了BIM技术与DFMA技术在预制墙板、预制梁设计中的应用，为预制混凝土剪力墙住宅设计提供参考。 【期刊名称】《建材与装饰》 【年(卷),期】2019(000)036 【总页数】2

【关键词】预制；住宅产业化；BIM；DFMA

1 背景介绍

预制混凝土剪力墙结构是实现住宅和建筑节能减排产业化的有效途径之一，长期以来，传统的混凝土建筑操作模式是建筑工地化，这种模式产业化水平低、能耗高、耗水量大。工业垃圾、污水排放不符合国家节能环保可持续发展政策。如果采用预制结构，主要构件可在工厂预制、现场拼装，在实现住宅产业化的同时，能有效提高材料在建筑施工中使用效率和结构性能，节约能源，减少建筑垃圾，摆脱施工场地约束。预制混凝土剪力墙结构可分为部分预制剪力墙结构和全预制混凝土剪力墙结构。部分预制剪力墙结构主要是指内墙现浇、外墙预制。全预制剪力墙结构是指全部采用预制构件组装而成的剪力墙[1]。本文以住宅楼为例，探讨装配式住宅的构件设计。

如果建筑业能很好地实现制造和装配设计（Designfor Manufacture and Assembly）简称DFMA，DFMA是一项与建筑设计相关的必不可少的配套技

术。与传统的计算机辅助设计（CAD）相比，BIM更适合于现代建筑设计，减少了设计协调误差和后期施工成本[2]。BIM最显著的特点是参数化设计，BIM中的所有实体都以组件的形式呈现。建筑设计中的任何修改都将自动反映在其他相关部分中。这一特点大大减轻了设计师的工作量，这种快捷的工作方式非常适用于装配式建筑。

尽管到目前为止，BIM对建筑业做出了巨大的贡献，但现有的BIM工具大多是在传统的非预制建筑背景下开发的，并没有很好地考虑到建筑构件在工厂生产并转移到施工现场进行组装的新工艺。在现有的一些BIM产品中，一些与预制建筑设计相关的功能并不完整。因此，迫切需要对现有的BIM技术进行改进，以满足预制建筑设计的要求。到目前为止，已经有一些关于BIM软件商在开发预制建筑设计的相关应用程序。一些学者已经认识到，预制建筑的设计、制造和组装不是孤立的，在利用BIM技术解决设计阶段遇到的问题时，应将它们结合在一起，目前急需对改善预制构件建筑的设计进行系统的研究[3]。

2 工程概况

本工程为地上23层（第一层层高3.05m，其余层高2.9m），地下1层（层高3m层），总高度67.5m的某装配式剪力墙住宅工程，结构第七层至第二十三层布置如图1所示。住宅楼七层以下采用现浇，七层以上内墙、楼板、屋面板采用现浇，墙板、女儿墙、空调板及楼梯均采用预制。图1主要剪力墙厚度为200mm，预制混凝土外墙混凝土强度等级为C30。抗震设防类别为丙类，结构安全等级为二级，设计主体结构使用年限为50年。本工程按等效现浇设计，按现浇结构进行整体计算，采取附加计算和抗震措施，确保结构具有良好的整体性，并保证预制构件和连接件的承载力和变形均能满足要求。

3 结构设计

目前高层住宅大多采用现浇剪力墙结构体系，其特点是住宅平面布置较为灵活，根据采光通风需要布置成凹凸状，实现室内空间合理布置，视觉上无明梁明柱。受施工操作的影响，现浇剪力墙结构具有劳动量大，周期长，质量不稳定的特点。本工程采用部分预制拼装剪力墙结构，由预制钢筋混凝土墙板和现浇剪力墙浇筑连接而成。部分预制剪力墙作为结构的纵横向抗侧力体系，通过楼板设孔布置水平现浇带，将上下层相邻的预制墙板整体连接起来，通过预制墙两侧的竖向现浇节点，将每块预制墙板连接成一个整体并与现浇剪力墙整体连接。

4 预制墙板设计

为体现安全、适用和经济的原则，预制混凝土构件的划分、成型可按模块化、标准化来确定，在设计初期尽量统一尺寸，墙板采用整体拼装式混凝土剪力墙结构：墙体构件按长度3m、高度1m左右划分为基本模块。本工程采用预制墙板直接开洞。

以预制墙板W6L（3.07×2.88）为例，该预制剪力墙为7轴至9轴之间的开孔墙，墙长3070mm，墙高2880mm。预制墙厚270mm（钢筋混凝土剪力墙厚200mm，墙体保温装饰层厚70mm），两侧墙宽110mm，上墙高355mm，下墙高510mm，两侧墙人工凿毛宽度585mm（人工凿毛深度4～5mm）。预制整体式钢筋混凝土剪力墙与现浇钢筋混凝土剪力墙抗弯、抗剪承载力计算方法相同。使用pkpm软件进行配筋计算。墙肢竖向分布筋8mm间距190mm，水平方向配筋8mm间距180mm，钢筋归并统一工厂制作。成品每块重量不到4t，吊装方便。

5 预制梁设计