蘇志遠(yuǎn)，童敏

（1.上海中建申拓投資發(fā)展有限公司，上海200120；2.中國(guó)建筑土木建設(shè)有限公司，北京100070）

0 引言

裝配式密肋復(fù)合墻板結(jié)構(gòu)是由預(yù)制密肋復(fù)合墻板、樓板與現(xiàn)澆連接構(gòu)件組合而成的結(jié)構(gòu)體系，其本質(zhì)是將密肋復(fù)合墻板等效為均質(zhì)殼。根據(jù)工程需要，可直接應(yīng)用于多層（<24 m）結(jié)構(gòu)，或結(jié)合剪力墻技術(shù)應(yīng)用于非抗震設(shè)計(jì)或抗震設(shè)防烈度為6～8度的高層結(jié)構(gòu)。本文重點(diǎn)研究裝配式密肋復(fù)合墻板剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)在高層住宅中的應(yīng)用。

預(yù)制密肋復(fù)合墻板作為一種裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系中的主要構(gòu)件，由鋼筋或鋼骨架形成肋格，填充體做內(nèi)模，澆筑混凝土而成的預(yù)制墻板。肋格可使用普通混凝土及相應(yīng)等級(jí)鋼筋制作；填充體可使用輕骨料混凝土、加氣混凝土砌塊、發(fā)泡水泥或輕質(zhì)混凝土等制作[1]。肋格和填充體兩種材料雖在力學(xué)性能上差異較大，但通過(guò)合理的構(gòu)造措施，能充分發(fā)揮各自性能，形成適用于建筑結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件。

密肋復(fù)合墻板結(jié)構(gòu)作為裝配式結(jié)構(gòu)的一種，密肋復(fù)合墻板或密肋復(fù)合樓板連接構(gòu)造及配件可實(shí)現(xiàn)裝配式建筑理念要求的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，按少規(guī)格、多組合的原則，能夠滿足建筑結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、構(gòu)件工廠化生產(chǎn)、吊裝整體式施工的要求，對(duì)建筑節(jié)能減排、工業(yè)化設(shè)計(jì)與施工有著良好的推動(dòng)作用，是適應(yīng)我國(guó)墻體改革、推進(jìn)住宅建設(shè)工業(yè)化、實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型的重要?jiǎng)?chuàng)新。

1 密肋復(fù)合剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

密肋復(fù)合墻板基本結(jié)構(gòu)模型：密肋復(fù)合剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循“等效均質(zhì)”原則，《密肋復(fù)合板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)程》）指出：高層密肋復(fù)合板結(jié)構(gòu)內(nèi)力及位移計(jì)算，其抗側(cè)力模型可采用等效均質(zhì)殼模型或簡(jiǎn)化的剛架-斜壓桿計(jì)算模型[2]。

圖1 密肋復(fù)合墻體基本模型

將整段墻體中間的預(yù)制的密肋復(fù)合墻板進(jìn)行勻質(zhì)等效，見(jiàn)圖2。

等效原則符合下式要求：

式中：Ec——混凝土彈性模量（N/mm2）；Eq——肋格內(nèi)填充體彈性模量（N/mm2）；Ac——預(yù)制墻板各混凝土肋柱截面積之和；Aq——墻板填充體內(nèi)的水平投影面積總和；h——預(yù)制墻板截面高度(mm)；beq——等效墻板厚度(mm)。

圖2 密肋復(fù)合墻體等效均質(zhì)殼示意

對(duì)于高層裝配式密肋復(fù)合剪力墻結(jié)構(gòu)，在工程設(shè)計(jì)中除需滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3中對(duì)于平面及豎向布置、扭轉(zhuǎn)及剪力墻結(jié)構(gòu)布置的要求外，尚需遵循以下原則：

1）應(yīng)采用現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu)；

2）抗震設(shè)計(jì)時(shí)，底部加強(qiáng)區(qū)的高度，應(yīng)從地下室頂板算起，且高度不小于底部?jī)蓪踊驂w總高度的1/10（取較大值）；

3）較長(zhǎng)的密肋復(fù)合墻體宜開(kāi)設(shè)洞口，將其分為長(zhǎng)度較為均勻的若干墻段，每個(gè)獨(dú)立墻段的總高度與截面高度之比不宜小于3。

2 密肋復(fù)合剪力墻抗震性能

密肋復(fù)合墻板在抗震概念設(shè)計(jì)上遵循“整體強(qiáng)彎弱剪、強(qiáng)外框弱墻板、強(qiáng)肋格弱砌塊”的原則。以抗震設(shè)防烈度7度時(shí)為例（上海），密肋墻板厚度應(yīng)不小于200 mm（等效鋼筋混凝土墻）；單塊墻板寬度宜控制在1.2～4.2 m之間。

對(duì)于高層住宅密肋復(fù)合墻板結(jié)構(gòu)的使用高度和高寬比，《規(guī)程》作了規(guī)定詳見(jiàn)表1。

表1 高層住宅密肋復(fù)合墻板使用高度和高寬比限值表

由于裝配式住宅密肋復(fù)合板技術(shù)目前所掌握技術(shù)資料僅《規(guī)程》及部分學(xué)術(shù)參考文獻(xiàn)，對(duì)于施工圖設(shè)計(jì)及審查的支持力度不足，因此需要對(duì)其進(jìn)行抗震性能試驗(yàn)，以驗(yàn)證其等效計(jì)算方法的可行性及抗震性能指標(biāo)。課題組于2015年委托大連理工大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了密肋剪力墻板抗震性能試驗(yàn)，通過(guò)裝配式密肋剪力墻在低周反復(fù)荷載下的擬靜力試驗(yàn)，從承載能力、耗能能力、延性、試件內(nèi)應(yīng)力分布等方面判別和分析其抗震性能，研究其破壞機(jī)理，分析其抗震性能[3]。

圖3為密肋復(fù)合墻基本試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其中密肋?fù)合墻板填充砌筑材料為A5.0加氣混凝土砌塊，試件混凝土強(qiáng)度為C30，鋼筋牌號(hào)為HRB400級(jí)。

圖3 密肋復(fù)合墻板基本試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

試驗(yàn)結(jié)果顯示，底梁和框架一、二層基本未出現(xiàn)大范圍破壞。密肋填充墻從下往上破壞越來(lái)越嚴(yán)重。一層有輕微裂縫，保護(hù)層剝落；二層裂縫明顯，填充墻破壞；三層密肋填充墻完全壓碎和破壞并往下掉落。左右柱往兩側(cè)擴(kuò)張，到最頂端時(shí)已經(jīng)脫離梁的連接，梁柱節(jié)點(diǎn)完全破壞，整體性從下往上呈現(xiàn)減弱趨勢(shì)，圖4為該試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诳拐鹪囼?yàn)下的位移曲線。

圖4 密肋復(fù)合墻抗震性能試驗(yàn)位移曲線

該結(jié)構(gòu)上下層連接通過(guò)灌漿套筒進(jìn)行豎向連接，對(duì)上下層連接柱的柱腳灌漿套筒區(qū)域觀察，未見(jiàn)明顯破壞，驗(yàn)證了灌漿套筒在密肋復(fù)合墻板結(jié)構(gòu)中連接的可靠性。

3 工程應(yīng)用

為推動(dòng)裝配整體式住宅的應(yīng)用，開(kāi)展不同結(jié)構(gòu)形式裝配式體系的研究，在上海某小區(qū)選定一棟12層住宅樓進(jìn)行裝配式密肋復(fù)合剪力墻技術(shù)的設(shè)計(jì)和施工實(shí)踐。結(jié)構(gòu)高度為33.55 m，設(shè)計(jì)使用年限50年，抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，抗震設(shè)防烈度為7度。結(jié)構(gòu)模型見(jiàn)圖5。

圖5 密肋復(fù)合墻板結(jié)構(gòu)模型

該單體預(yù)制構(gòu)件種類(lèi)為PC剪力墻（預(yù)制密肋復(fù)合墻板，內(nèi)外墻）、預(yù)制外掛墻板、預(yù)制疊合陽(yáng)臺(tái)、預(yù)制樓梯、預(yù)制空調(diào)板，預(yù)制率為32.24%。裝配式拆分圖如圖6。工程按照《密肋復(fù)合板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ/T 275-2013）、結(jié)合大連理工大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的密肋剪力墻板抗震性能試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)和審查。

圖6 裝配式建筑戶型拆分示意

該工程的密肋復(fù)合墻板按平面尺寸900 mm伊2 500 mm、1 600 mm伊2 500 mm、2 300 mm伊2 500 mm和3 000 mm伊2 500 mm分為YMQA-D共4種類(lèi)型密肋墻板，具體布置如圖7，各密肋墻板截面寬度為200 mm，按式（1）的勻質(zhì)等效公式計(jì)算，其等效墻板厚度beq見(jiàn)表2。

該工程于2015年11月開(kāi)工，2016年10月主體驗(yàn)收合格。項(xiàng)目主體施工歷時(shí)12個(gè)月，工程通過(guò)精心策劃、施工管控，各方面質(zhì)量可控。在密肋復(fù)合墻板構(gòu)件生產(chǎn)、吊裝施工、二次裝飾裝修過(guò)程中進(jìn)行了不斷的技術(shù)總結(jié)和改進(jìn)，對(duì)該體系的技術(shù)難點(diǎn)和質(zhì)量控制有以下幾點(diǎn)需要重點(diǎn)控制：

圖7 密肋復(fù)合墻板平面布置圖

表2 密肋復(fù)合墻板結(jié)構(gòu)等效墻板計(jì)算及軸壓比控制表

1）預(yù)制密肋復(fù)合墻板肋梁、肋柱處鋼筋較多較密，在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)時(shí)，該處的鋼筋排布較為復(fù)雜；當(dāng)墻板上下層連接采用灌漿套筒時(shí)，套筒型號(hào)和布置要求更高，對(duì)質(zhì)量控制提出較高要求。

2）該工程密肋復(fù)合墻板填充體為加氣混凝土砌塊，尺寸為500 mm伊600 mm伊200 mm，而加氣輕質(zhì)砌塊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格最大為600 mm伊200 mm伊200 mm，考慮到砌塊磚整體性以及與肋梁、肋柱的連接性能，不能進(jìn)行裁切、拼裝，需要進(jìn)行定制。

3）密肋復(fù)合墻板填充體砌筑材料為A5.0加氣混凝土砌塊、混凝土強(qiáng)度為C30、鋼筋牌號(hào)為HRB400級(jí)。材料中部分地區(qū)因生產(chǎn)原因可能無(wú)法使用A7.5加氣混凝土砌塊，理論上不能降低砌塊的強(qiáng)度等級(jí)；確實(shí)需要，至多只能降低一個(gè)強(qiáng)度級(jí)別，且要注意觀察預(yù)制構(gòu)件在出廠時(shí)是否有豎向和斜向裂縫，如有，該構(gòu)件則不應(yīng)使用。

4）密肋復(fù)合墻板肋梁、肋柱的寬度一般在200 mm以?xún)?nèi)，且鋼筋較密，不宜布置安裝所需的預(yù)留預(yù)埋。墻體確需預(yù)留預(yù)埋線盒、管件時(shí)，應(yīng)設(shè)在一個(gè)填充體內(nèi)，不宜布置在肋梁、肋柱處，也不得跨填充體和混凝土體布置；且留置的位置需準(zhǔn)確無(wú)誤，不得在二次裝飾裝修過(guò)程中進(jìn)行后開(kāi)槽，避免對(duì)構(gòu)件的抗震性能造成破壞。

4 結(jié)構(gòu)技術(shù)對(duì)比分析

為對(duì)多種裝配式住宅技術(shù)體系進(jìn)行比較，在該小區(qū)的另外3棟樓實(shí)施預(yù)制夾芯保溫剪力墻技術(shù)，單體除外墻類(lèi)型、層數(shù)不同外，建筑平面、結(jié)構(gòu)布置、預(yù)制構(gòu)件分類(lèi)完全相同。同時(shí)，在該工程附近的另一項(xiàng)目實(shí)施了預(yù)制剪力墻技術(shù)。

通過(guò)對(duì)3種裝配整體式剪力墻技術(shù)體系的設(shè)計(jì)、施工應(yīng)用過(guò)程比較，根據(jù)結(jié)構(gòu)技術(shù)對(duì)比分析，密肋復(fù)合墻板有如下特點(diǎn)：

1）密肋復(fù)合墻板結(jié)構(gòu)由于其構(gòu)件特點(diǎn)，主要材料為肋梁、肋柱加填充砌塊；預(yù)制剪力墻為鋼筋、混凝土；預(yù)制夾芯保溫剪力墻為200 mm，鋼筋混凝土墻板+30 mm，保溫板+70 mm混凝土墻板，外墻厚度增加。相比，密肋復(fù)合墻板結(jié)構(gòu)自重較低，對(duì)地下工程的成本節(jié)約有優(yōu)勢(shì)。

2）預(yù)制構(gòu)件均為免抹灰設(shè)計(jì)，當(dāng)外立面設(shè)計(jì)為石材或面磚時(shí)，密肋復(fù)合墻板體系也可采用石材反打或者面磚與構(gòu)件一體化預(yù)制，形成預(yù)制、裝飾一體化效果。

3）預(yù)制夾芯保溫剪力墻使用連接件將剪力墻和外墻板拉接在一起，當(dāng)采用鋼制連接件時(shí)，存在冷熱橋問(wèn)題；當(dāng)采用FRP連接件時(shí)，對(duì)外葉板存在拉結(jié)性能隱患。而密肋復(fù)合墻板無(wú)外葉板，不存在這樣的風(fēng)險(xiǎn)。

4）密肋復(fù)合板孔洞區(qū)域需要填充砌筑，形成砌筑面，增加抹灰工序，與裝配式住宅追求高效、節(jié)約的觀念相違背；預(yù)制夾芯保溫剪力墻當(dāng)采用擠塑板作為保溫材料時(shí)，三明治結(jié)合處不易處理，有裂縫和滲水隱患；密肋復(fù)合墻板的保溫材料可直接埋入墻體內(nèi)或附在墻體內(nèi)外表面，免除質(zhì)量隱患?？紤]類(lèi)似因素，可以對(duì)密肋復(fù)合板進(jìn)行創(chuàng)新，形成密肋復(fù)合殼墻體系，即密肋復(fù)合墻板兩側(cè)增加30 mm耀50 mm厚混凝土殼，形成如圖8所示的墻板解決抹灰問(wèn)題和三明治開(kāi)裂現(xiàn)象，該技術(shù)也在大連理工大學(xué)得到了抗震試驗(yàn)論證[4]。

圖8 密肋復(fù)合殼墻體體系

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本工程的實(shí)踐證明，按照《規(guī)程》、理論技術(shù)及抗震試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行高層密肋復(fù)合墻板結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用是完全可行的。其建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)技術(shù)、施工技術(shù)在裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)各種體系上有一定的優(yōu)勢(shì)。

經(jīng)測(cè)算（按2017年市場(chǎng)價(jià)折算），預(yù)制夾芯保溫剪力墻的構(gòu)件成本約3 998元/m3；預(yù)制剪力墻的構(gòu)件成本約3 800元/m3；而密肋復(fù)合墻板的構(gòu)件成本僅為約3 570元/m3?？梢?jiàn)，裝配式密肋復(fù)合剪力墻結(jié)構(gòu)在成本方面也是有一定優(yōu)勢(shì)，隨著國(guó)家和行業(yè)裝配式產(chǎn)業(yè)鏈上下游產(chǎn)品的逐步完善和提高，密肋復(fù)合剪力墻板結(jié)構(gòu)技術(shù)會(huì)有較強(qiáng)的應(yīng)用前景。

[1] JGJ/T 275-2013，密肋復(fù)合板結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013

[2] 趙瑋、陸烜，蘇志遠(yuǎn).密肋復(fù)合板結(jié)構(gòu)在某小高層住宅中的應(yīng)用[J].住宅科技，2017，439（02）：19-22.

[3] 馬榮全，范新海，黃宙.裝配式密肋復(fù)合墻板抗震性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2016，45（04）：5-9．

[4] 姚謙峰，龐乃勇，夏雷，郭猛.基于抗震概念設(shè)計(jì)的密肋復(fù)合墻新型抗震結(jié)構(gòu)體系[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，34（04）：50-55．

[5] 賈英杰.密肋復(fù)合板結(jié)構(gòu)體系研究及應(yīng)用[J].建設(shè)科技，2014，62（05）：32-35.