预制装配式框架剪力墙结构设计与实践

预制装配式框架剪力墙住宅结构设计与实践

上海城建置业发展有限公司 张凯

国家科技支撑计划资助项目（2010bak69b28）

一、前言

装配整体式混凝土结构是由预制混凝土构件或部件通过钢筋，连接件或施加预应力加以连接并现场浇筑混凝土而形成整体的结构，又简称为预制装配式结构（precast concrete，PC结构），属于住宅工业化、住宅产业化的范畴。

上世纪50年代和70年代末，全国建筑业推行标准化、工业化、发展预制构件和预制装配建筑，兴起中国第一次PC建筑高潮，但由于初期技术不成熟，唐山地震中大量PC建筑遭到破坏，使人们对预制结构的应用更加保守，且当时外墙的防水防渗技术比较落后，造成其居住的质量和使用功能较差，业内也停止了对预制技术的研究，PC技术逐渐退出建筑市场。

国内停止发展PC建筑的同时，PC技术在境外得到了迅速发展和广泛应用，在地震频发的日本和台湾地区，PC建筑甚至表现出了较现浇结构更好的抗震性能。在PC住宅的抗震问题得到解决的同时，防水、防渗等主要问题也得到了很好解决，而且工业化的生产方式使PC住宅在质量方面较现浇结构更具优势，PC住宅已成为品质住宅的代名词。

近年来，住宅工业化生产方式由于其可实现住宅建设的高效率、高品质、低资源消耗和低环境影响，具有显著的经济效益和社会效益，是当前住宅建设的发展趋势，因此国家高度重视住宅产业化的发展。2006年建设部发布实施了《国家住宅产业化基地试行办法》，2011年，上海市相继出台了《关于本市鼓励装配政体是住宅项目建设的暂行办法》及《关于加快推进本事住宅产业化的若干意见》，对上海市未来五年的住宅产业化的主要任务和目标进行了详细规划。上海城建集团积极响应国家住宅产业化号召，2010年启动住宅产业化工作，在集团内部组建了设计——构件预制——施工——开发的完整产业链，并于2011年开始在所承担的上海浦江保障房大型居住社区内建设预制率达50%‐70%的5万平方米的PC住宅示范工程，在设计、施工、制作、开发过程中，通过预制装配式建筑技术的综合运用，全面整合预制住宅技术各环节专业与资源，真正体现工业化住宅生产的优势，以实现“节能减排”、“提高品质”及“建筑工业化”的总体目标。

二、工程概况

浦江PC住宅示范工程（如图1）位于上海市闵行区浦江镇鲁汇基地内05-02地块，该地块占地面积为2.06万平方米，示范工程总建筑面积为5.15万平方米，建筑规划限高60米，由4幢18层（25#-28#楼）和1幢14层（29#楼）的高层住宅组成，全部为PC住宅，采用框架剪力墙结构体系。本工程非结构构件如外墙、内墙、女儿墙等均采用PC构件，主要受力构件如梁、楼板、悬挑阳台等亦采用PC构件，25#-28#楼（18层）预制率为55%（见表1），29#楼（14层）住宅进一步将框架柱进行预制，预制率达70%（见表2）。

单体房型层数层高（米）建筑高度

（米）

预制率

25#~28#楼两单元双拼-1+（18+18） 2.8（地下3.0）50.85 55% 29#楼独立单元-1+14 2.8（地下3.0）39.65 70%

图1 浦江PC示范工程效果图

表1 浦江PC住宅标准层预制率统计（25#-28#楼）

构件 混凝土总量（m3）预制混凝土量（m3）

现浇柱 38.2 0

预制阳台 6.2 6.2

叠合楼板 55.6 27.8

楼梯 8 0 预制外墙 37 37

现浇剪力墙 47.9 0 叠合梁 50.6 33.8 预制内隔墙 68 68

总计 334.8 184.4

预制率 55%

表2 浦江PC住宅标准层预制率统计（29#楼）

构件 混凝土总量（m3）预制混凝土量（m3）

预制柱 25 25

叠合阳台 3.8 3.8

叠合楼板 38.7 19.4

楼梯 4 0 预制外墙 26.5 26.5

现浇剪力墙 21.5 0 叠合梁 23.2 15.5 预制内隔墙 34 34

总计 176.7 124.2 预制率 70.3%

三、结构体系选型

1.目前PC住宅主要的结构形式

结构体系的选择是实施PC技术的关键。目前PC住宅常用的有预制剪力墙结构、叠合剪力墙结构、异型柱结构、框架结构(框架剪力墙结构)四种结构形式。

剪力墙结构体系的优点是室内规整，无外露的梁柱，比较能适应目前中国内地的住房消费习惯。但剪力墙单块自重大，节点处工程量较多，连接比较复杂；外墙为受力结构，与保温材料预制一起难度较大；户型内部无法后期调整，无法形成可变住宅，不符合可持续性发展要求。目前国内预制装配式剪力墙结构在高层建筑中的应用技术还不成熟，大量钢筋连接套筒的使用也导致成本居高不下。

叠合剪力墙将700-800mm左右的预制外墙作为外模板，并参与结构整体受力，与剪力墙整体现浇，但由于技术本身的限制，预制率无法进一步提升，预制率最高只能达30%左右。

异型柱结构解决了室内的凸出梁柱问题，同时避免了剪力墙结构的某些缺点，但框架剪力墙异型柱结构在7度区仅适用于40m以下的建筑，高度限制使其无法在更大范围内得到广泛应用。

2.框架结构（框架剪力墙结构）的特点

综合比较国内外应用情况，结果国内目前的应用实际，我们认为框架体系具有如下优点：（1）更具灵活性，较易实现大空间，承重墙体的减少，有利于用户个性化室内空间的改造;

（2）结构是点与线之间的关系，与剪力墙结构体系面与面的关系相比，结构构造简单，节点容易处理。

（3）梁、柱等预制构件为线性构件，可以控制自重，有利于现场吊装，节点连接处工程量小，比较适合装配。且预制率较高，可达70%以上甚至更高。

（4）与剪力墙等可自由结合，形成框架剪力墙结构、框架核心筒等多种结构形式，适用高度较高。

（5）结构应用范围广，不仅可应用于住宅，还可广泛应用于商业楼、办公楼、工业厂房等建筑。

（6）为国际主流的预制结构形式，技术相对成熟。

但同时，框架结构室内凸出的梁柱，也成为其主要缺点。经过分析和调研，我们认为凸出的柱子对住宅建筑面积有限，浦江PC住宅室内凸柱对建筑面积的影响仅为0.5%-1%左右。且可结合全装修或简装修等对凸梁凸柱加以遮掩。

在调研国内外应用情况的基础上，综合比较各结构体系的优缺点，确定了在浦江PC保障房中采用框架剪力墙结构，推动高预制率PC技术的实际应用。