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装配式剪力墙结构构件加工详图设计要点

时间：2019-02-14 12:54:43 来源：中国混凝土与水泥制品协会

装配式剪力墙结构构件加工详图设计要点

齐博磊　刘　毅　于　欢　赵恒宇

北京市燕通建筑构件有限公司 102200

摘要：结合装配整体式剪力墙结构体系，本文从预制构件设计、生产和施工角度出发，对水平和竖向构件的设计要求和要点进行详细分析，明确了各阶段需要重点完成的工作，为预制构件加工详图设计提供参考。

关键词：专业协同；预制叠合板；预制剪力墙；设计要点；EPC

1、装配式混凝土结构概述

装配式混凝土结构是以预制构件为主要受力构件经装配连接而成的混凝土结构，与现浇施工工法相比，装配式混凝土结构有利于绿色施工，更符合节地、节能、节材、节水和环境保护等要求。

目前装配式混凝土结构设计一般遵循“等同现浇”的设计理念，采用现浇节点和灌浆套筒为结构的主要连接方式，使结构具有与现浇形式等同的整体性、稳定性和延性。按结构形式主要分为装配整体式剪力墙结构、装配整体式框架结构、装配整体式框架-现浇剪力墙结构、多层干式连接结构等。本文主要介绍装配整体式剪力墙结构体系。

2、设计阶段各专业协同

根据施工图、机电专业的深化图和精装修图纸，对预留预埋、管线开槽等进行深化设计，形成预埋综合布置图，具体内容包括——

（1）建筑专业预留：空调冷媒管、空调冷凝水立管、空调板地漏、雨水立管、燃气排烟管、厨房排烟管、烟风道、燃气立管等预留洞。

（2）建筑专业预埋件：窗户栏杆件、空调栏杆和百叶、门窗安装、装饰线条等预埋件。

（3）机电专业预留：照明、开关、插座、等电位、烟感、红外幕帘等线盒，门窗、栏杆防雷埋件等。

（4）给排水专业预留：厨房排水立管、卫生间排水和通气立管、卫生间地漏、马桶排水管、洗手盆排水管、太阳能供回水管、中水模块预留、给水管预留槽等。

3、施工组织阶段协同

3.1、施工外架方案：确定施工外架与预制构件的关系，确定节点详图。

3.2、塔吊型号选择：综合考虑安装效率和塔吊成本，合理选择型号。

3.3、塔吊附着方案：塔吊不宜直接附着在预制外墙板上，可与现浇内墙或者楼板固定。

3.4、现浇段模板方案：确定模板固定形式，形成节点详图。

3.5、外用电梯附着方案：确定电梯附着预留位置和节点做法。

3.6、由现浇转换成预制构件的位置称为转换层，此处涉及到现浇部分的纵筋与预制构件套筒的连接，需对此纵筋精确定位。插筋图内容包括：预制构件连接处的纵向钢筋的位置和规格；插筋在现浇层中的锚固长度；插筋的外伸长度。

4、预制构件设计的一般要求

4.1、预制构件的混凝土强度等级不宜低于C30，耐久性应满足GB50010-2010《混凝土设计规范》要求。

4.2、预制构件设计应减少构件种类，统一钢筋和预埋件形式；通过不同标准节点组合的方式来优化模具数量。

4.3、综合考虑施工、安装、生产等因素，优化预制构件的做法。

4.4、预制构件大小的选择要综合考虑生产模台、运输、安装等因素，尽量选择大板形式。

5、预制构件设计原则

预制构件设计首先要考虑结构安全性，满足设计规范的要求。既要考虑单个构件的生产工艺，也要与相邻构件和现浇部分相互协调；既要考虑与施工措施的关系，也要考虑与精装预留之间的关系；同时应考虑构件在工厂和现场堆放、存储等因素。具体要求如下：

（1）应在结构方案和传力途径中确定构件的布置和连接方式，并以此进行整体结构分析和构件及连接设计。

（2）构件的设计应满足建筑使用功能，并符合标准化设计要求。

（3）构件连接宜设置在结构受力较小处且便于施工，构件之间的连接构造应满足结构传递内力要求。

（4）各类构件及其连接构造应按从生产、施工到使用过程中可能产生的不利工况进行验算。

（5）非承重构件与主体结构宜采用柔性连接。

（6）构件设计时要统筹考虑整个生产和施工过程，既要方便施工和生产，也要降低工程造价。

6、叠合板设计要点

6.1 叠合板设计基本要求

（1）叠合板的预制部分厚度不宜小于60mm，后浇混凝土厚度不应小于60mm。

（2）叠合板支座和板缝等位置钢筋连接方式应符合GB/T51231-2016《装配式混凝土建筑技术标准》和JGJ1-2014《装配式混凝土结构技术规程》的规定。

支座处纵向受力钢筋从板端锚入支座的后浇混凝土中的长度不应小于5d，且宜伸过支座中线。单向板板侧支座处分布钢筋不伸入支座时，宜在紧邻预制板顶面的后浇混凝土叠合层上设置附加钢筋，其截面面积不宜小于预制板内的分布钢筋面积，间距不宜大于600mm，在板的后浇叠合层内锚固长度不应小于15d，在支座内锚固长度不应小于15d且伸过支座中心。

（3）预制板板端与后浇混凝土之间的结合面应做成粗糙面，凹凸不小于4mm，粗糙面的面积不宜小于结合面的80%。

（4）预制板的受力板端在支座上搁置长度不应小于10mm。

（5）屋面层和平面受力复杂的楼层宜采用现浇楼盖，当采用叠合板时，后浇混凝土厚度不应小于100mm。

6.2、叠合板拼缝设计

（1）按单向板设计的叠合板，叠合板之间预留一定宽度的后浇带，带宽宜为60～200mm之间。

（2）双向叠合板侧的整体式接缝宜设置在叠合板的次要受力方向，叠合板接缝宜避开最大弯矩截面，接缝采用后浇带形式。后浇带板底受力钢筋宜采用搭接连接的形式，板底外伸钢筋为直线形时，钢筋搭接长度如图1所示；板底外伸钢筋端部为135°或90°弯钩时，钢筋搭接长度如图2和图3所示。

图1 后浇带接缝形式（一）

图2 后浇带接缝形式（二）

图3 后浇带接缝形式（三）

6.3、桁架钢筋布置

（1）桁架钢筋应沿预制板脱模和吊装时的主要受力方向布置。

（2）桁架钢筋距板边不应大于300mm，间距不宜大于600mm、不应大于700mm。

（3）桁架钢筋的下弦杆钢筋可与板底钢筋一致，上弦杆钢筋根据预制板长度计算选择，宜采用HRB400钢筋；腹杆钢筋可采用HPB300或者CRB550钢筋，直径不应小于4mm。

（4）桁架下弦钢筋兼做板内受力钢筋时，直径不应小于8mm；当不考虑下弦钢筋受力时，直径不应小于6mm。

（5）桁架钢筋的长度宜采用50mm的模数。

（6）桁架钢筋宜布置在板底钢筋的靠上一层。

（7）桁架钢筋遇洞口应避开，当无法避开时，宜采用安装浇筑完成后切断的方式。

（8）桁架钢筋高度应满足线管布置和板的上铁钢筋保护层的要求。

6.4、机电及施工预留

（1）排水管：住宅一般需要预留厨房的排水立管、燃气立管等穿板洞口；卫生间需要预留地漏、马桶、洗手盆、通气和排水立管等穿板洞口；雨水立管、冷凝水立管等也需要预留洞口。预制板上预留洞口直径宜比管道外径大30mm或与所选套管外径一致。

（2）给水立管：当给水立管需要穿预制板时，预留洞口要考虑保温层的厚度。

（3）中水模块：当卫生间采用同层排水设置中水模块时，只需要在预制板上预留中水模块的洞口，此洞口一般需预留构造钢筋。

（4）烟风道洞口按建筑专业要求预留，一般靠墙侧需扩50mm。

（5）电气专业需要根据设计要求的材质和方式预留线盒和接头，在隔墙上的开关要留线管预留孔；根据布线确定高位插座的布置方向，判定是否需要线管预留孔。一般PC20的线管预留直径为30mm的通孔。

（6）消防的红外幕帘和烟感探测需要吸顶布置的要预留线盒或通孔。

（7）施工方需要提供测量放线、布料杆、卸料平台等预留孔的位置和大小，建议预留直径不大于140mm的通孔。

（8）不建议在叠合板上预留挑架孔。

（9）当现浇层混凝土强度低而无法满足支撑预制墙体的要求时，可采用在预制板上预埋支撑埋件或者预留通孔的方式。

6.5、叠合板脱模吊点的布置

（1）吊点可设计在桁架钢筋上弦钢筋与腹杆筋的交点处，吊点位置设2根直径不小于8mm的局部加强钢筋。

（2）吊点布置应考虑脱模吸附力，根据计算确定位置，设置数量不宜超过4组。

（3）构件存放时，木方应垫在吊点附近。

6.6、叠合板布置及编号原则

（1）确定了板缝形式和尺寸后，沿进深方向布置叠合板，含外伸钢筋的宽度不宜大于3m，宜选择大板块。

（2）根据外形尺寸、钢筋信息和预留预埋信息等分类确定叠合板编号，应能从编号中体现出模具的通用性和改造性。

7、预制阳台板和空调板设计要点

7.1、阳台板和空调板构件设计基本要求

（1）阳台板宜采用叠合板构件，也可采用全预制的形式；空调板宜采用全预制构件。

（2）空调板带上下翻边的造型时，建议一次成型。

（3）阳台板上的维护结构建议采用预制外挂板或栏板的形式。

（4）预制空调板建议采用断桥式埋件与主体结构连接，取消施工阶段贴保温的工作。

（5）与主体结构连接面应设置粗糙面，凹凸不小于4mm，粗糙面的面积不宜小于结合面的80%。

7.2、阳台板和空调板与主体结构连接节点

（1）预制构件应与主体结构可靠连接，满足图集G310-1～2《装配式混凝土结构连接节点构造》的要求，构件的负弯矩钢筋应在相邻的后浇混凝土中可靠锚固，锚固长度不小于1.1La；板底钢筋伸入支座不小于12d且过支座中心。

（2）阳台板和空调板的外伸钢筋应与主体结构的连梁箍筋和边缘构件纵筋进行碰撞检查。

7.3、预留预埋布置

电气线盒、冷凝水立管、地漏和雨水管等可按叠合板的布置原则预留；根据要求预留栏杆和百叶埋件。

8、预制楼梯的设计要点

8.1、预制楼梯构件设计基本要求

（1）楼梯梯段和防火隔墙宜采用预制构件形式。

（2）预制楼梯宜一端设置固定铰，另一端设置滑动铰，其转动及滑动变形能力应满足结构层间变形的要求，且预制楼梯端部在支承构件上的最小搁置长度不应小于100mm。

（3）剪刀楼梯的防火隔板宜采用预制混凝土，厚度不宜小于120mm，建议与休息平台连接。

（4）预制梯段与墙体预留不小于20mm的安装缝隙，采用压力灌浆的方式填实。

（5）楼梯梯段做到建筑面层时，阴阳角处宜做成圆角，踏步设应带防滑措施。

8.2、预制楼梯连接节点

预制楼梯与支承构件之间宜采用简支连接，应符合下述规定：

（1）预制楼梯梯段高端设置固定铰，低端设置滑动铰，其转动及滑动变形能力应满足罕见地震作用下结构层间变形的要求。

（2）滑动铰的端部应采取防止滑落的构造措施。

（3）滑动端与支承结构应预留缝隙，缝隙内不宜填充刚性材料，宽度不宜小于30mm。

（4）固定铰可采用点连接或者线连接的形式，连接构造应满足受力要求。

8.3、预留预埋布置

楼梯栏杆宜采用预留孔，避免后期施工破坏梯面。楼梯宜采用立模生产工艺，脱模和吊装可采用预埋吊钉的方式。

9、预制剪力墙设计要点

9.1、预制剪力墙构件设计基本要求

（1）单个构件重量不宜过小，应综合考虑吊装成本，一般控制在5～8t。

（2）外叶板的厚度不宜小于60mm，强度等级不宜低于C30；外叶板钢筋网片宜采用直径不小于4mm的钢筋，建议采用CRB550的钢筋网片。

（3）外叶板表面可以采用清水混凝土、瓷砖、石材、纹理和涂料等饰面做法。

（4）当外叶板上需要设置线条等造型时，建议采用凹槽的形式，深度不宜大于20mm，同时保证外叶板钢筋网片的保护层厚度。

（5）窗下墙按填充墙设计时，填充物选用聚苯板，容重不小于12kg/m3，设双层双向钢筋网片直径为8mm，间距为200mm；填充物四边做圆角处理，中间设直径为100mm的混凝土浇筑孔；填充物距墙边（梁边）不小于50mm。

9.2、预制剪力墙构件布置

（1）剪力墙结构底部加强位置的剪力墙宜采用现浇混凝土的形式，当抗震等级为二三级且墙肢的轴压比不大于0.3时，也可部分装配。

（2）转角处宜设计成L型或者U型构件，其他位置可设置成一字、工字、刀把型等构件。

（3）为了避免同一栋楼出现现浇和预制两种施工外架形式，建议外墙全部采用装配方案，使外叶板形成闭合，统一立面做法。

（4）外叶板伸出内叶板的长度不宜大于900mm。

9.3、预制剪力墙构件构造要求

（1）预制剪力墙构件与现浇混凝土连接的界面应设计成粗糙面，平均凹凸深度不小于6mm。

（2）预制剪力墙构件钢筋混凝土保护层厚度除满足现行国家标准GB50010-2010《混凝土结构设计规范》的相关要求外，水平和竖向分布钢筋、连梁和边缘构件箍筋的钢筋混凝土保护层厚度不宜小于15mm，钢筋套筒净间距不应小于25mm。

（3）预制夹心保温外墙板的外叶板中，靠外一侧钢筋混凝土保护层厚度不宜小于20mm。

（4）门窗洞口角部等应力集中的位置应设抗裂钢筋。

（5）箍筋宜采用焊接封闭箍的形式，也可采用135°弯钩的封闭箍筋。

（6）边缘构件纵向钢筋用上下贯通，不宜采用弯折的形式，预留预埋和保温连接件等应避开主要受力纵筋。

（7）钢筋灌浆套筒可采用全灌浆和半罐浆的形式，纵筋锚固在套筒内的长度不应小于8d（d为纵筋的直径），纵筋下料长度按正偏差控制。

（8）采用钢筋套筒灌浆连接时，自套筒底部至套筒顶部并向上延伸300mm范围内，预制墙板的水平分布筋和箍筋应加密。加密间距：一二级抗震等级时为100mm；二三级抗震等级时为150mm，钢筋直径不小于8mm，套筒上端第一道钢筋距离套筒顶部不应大于50mm。

（9）连梁纵向钢筋宜设置在边缘构件纵筋外侧，套筒钢筋沿墙厚方向距墙边的距离宜为55mm。

（10）上下层预制剪力墙的竖向分布钢筋宜采用双排连接，采用单排连接时应满足《装配式混凝土建筑技术标准》的相关要求；当采用双排梅花形连接时，连接钢筋的配筋率不小于现行国家标准GB50011-2010《建筑抗震设计规范》规定的最小配筋率要求，连接钢筋的直径不应小于12mm，同侧间距不应大于600mm。

（11）抗震等级一级和二三级预制墙板的竖向连接钢筋面积不应小于1.2和1.1倍墙体竖向钢筋的实配面积。

（12）当剪力墙底面水平接缝处受剪承载力不满足DB11/1003-2013《装配式剪力墙结构技术规程》时，可采取设置抗剪钢筋或者埋件的方式。

（13）门窗固定在保温层时，可采取预留防腐木砖的方式；安装在内叶板上时，可采用预留膨胀螺母的方式。

9.4、预制剪力墙构件连接节点

（1）预制剪力墙板两侧外伸钢筋与后浇带连接水平钢筋宜采用封闭口形式，附加钢筋也为封闭连接，以减小锚固长度。

（2）楼梯间和电梯井墙体作为外墙时，每层应设置圈梁，高度不宜小于250mm。

（3）预制剪力墙顶部无圈梁时，楼层位置应设置水平现浇带，宽度不小于墙厚，高度不小于板厚，水平现浇带应与叠合层整体浇筑（如图4所示）。

图4 楼层位置节点

（4）屋面及立面收进的楼层，应在预制剪力墙顶部设置封闭的后浇混凝土圈梁，宽度不小于墙厚，高度不小于板厚和250mm的较大者，圈梁应与叠合层整体浇筑（如图5所示）。

图5 顶层位置节点

（5）预制连梁端部与现浇段连接时宜同时设置抗剪键槽和粗糙面。

（6）预制剪力墙的边缘构件的纵筋宜采用灌浆套筒连接，预制剪力墙段灌浆套筒宜采用梅花型布置。

（7）预制剪力墙底部与结构板应预留20mm的施工缝，采用压力灌浆的方式填实。

9.5、机电和施工预留预埋布置

（1）电气插座应结合精装图的平面位置、标高、布线方式等预留到相应的预制墙板上，并做好与现浇部分的衔接，内容包括开关插座、低位插座、高位插座、弱电插座、可视对讲插座、红外幕帘插座、LEB等调位插座等。采用SI体系时应明确哪些插座可以不再预制墙板中预留。

（2）按规范要求，三类防雷建筑高度超过60m的建筑物，其上部占高度20%并超过60m的门窗洞口、栏杆等位置应设防雷预埋。

（3）当线盒设在预制墙板上并向下布线时，应预留便于操作的手孔，且手孔和线盒位置应避开边缘构件的纵向受力钢筋。

（4）空调室外机冷媒管预留洞位置可做微调，应避开纵筋和箍筋。

（5）新风洞宜设在窗下非承重墙的位置。

（6）预制剪力墙之间的现浇段模板可采用预留穿孔或螺母的方式。预留穿孔操作方便，但后期封堵工作量大，有渗漏风险；当采用预留螺母时应确保施工阶段螺杆紧固到位以防涨模。

（7）施工外架宜采用爬架、三角防护架和落地架的形式。采用挑架时，悬挑杆穿过外墙的预留洞应尽量避开设置了套筒的边缘构件。

（8）需要设置安全防护网的，应充分利用门窗洞口的位置，减少在预制墙板上开孔。

（9）塔吊宜附着在现浇墙段或者楼板上的预留。

9.6、生产预留预埋布置

（1）采用平模生产的预制剪力墙构件的脱模埋件与施工支撑埋件可共用，安全系数不小于5，埋件距墙边位置不小于150mm，且应避开纵筋位置。为了便于生产，此埋件沿层高方向的高度和墙边的距离应统一。

（2）预制剪力墙构件场内倒运、运输和吊装宜采用预埋吊钉的形式，2.5t和5t吊钉的长度分别不小于240mm和480mm。

9.7、预制剪力墙板编号和模具配置

（1）预制剪力墙板内叶板尺寸和配筋数量及间距相同，则可按一类编号处理，构件生产时可预留出外叶板的调节量即可做到模具通用。

（2）按梅花型布置的预制剪力墙墙段应统一第一个套筒的起点位置，做到模具可调节。

10、预制构件设计与生产及施工阶段的协同

10.1、预制构件设计时应综合考虑生产和施工阶段的问题，以尽量减少现场湿作业为原则，提高施工效率，降低综合成本。如减少围护墙的砌筑、角部采用L型构件、UHPC装饰构件应用等。

10.2、预制构件加工详图设计和编号时应考虑模具的改造性和通用性，根据构件加工图和施工进度初步编制模具配置计划，对种类少的构件进行优化，可通过与其他构件共用模具的方式降低成本。

10.3、预制构件加工详图中的预埋件（包括固定预埋件的模具工装）应标准化设计，不同项目、相同预埋件编号要一致，方便库存管理，形成预埋件和工装库，使预埋件可多项目通用，使工装可按使用年限而非项目的模式摊销成本。

10.4、为了便于构件安装，构件加工详图的安装顺序方向要一致，最好是一个朝向，如叠合板和内墙的安装方向都靠西侧等。

10.5、预制构件详图的外漏钢筋、预埋线盒等要充分考虑与现浇部分的衔接，如连梁纵筋与现浇段预留洞碰撞、线盒的线管不必都从下部手孔与现浇的连接等。

结语

综上所述，预制混凝土构件加工详图设计不仅需要在施工图设计阶段考虑各专业协同作业，还要在施工阶段考虑构件模具优化方案、生产组织方案和安装方案等。因此做好一套完整的构件加工项目显得尤为重要，需要参建各方提前介入，大部分工作节点都要前置，在前期阶段对项目成本做到有效控制，以推进工程总承包模式（EPC）的快速发展。

原文参见《混凝土世界》2018年12期 P52-P57

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