装配整体式剪力墙结构体系建造技术的新研究与新发展

装配整体式剪力墙结构体系建造技术的新研究与新发展东南大学土木工程施工研究所郭正兴2011年（吉林）1大板房的研究、推广与后遗症1.1大板房的研究（20世纪70～80年代）大板住宅是第二次世界大战以后，欧洲诸国为了加快住宅建设速度而发展起来的。西欧及北欧各国，在60年代中期大板住宅的比重占18一26%。北京市的大板住宅建筑，从1959年至1984年底共建成172.6万平方米其中高层(12一13层)48。9万平方米，多层223。7万平方米，16层试验住宅一栋，面积为7069平方米。当年大板住宅建筑研究主要围绕着设计标准化与多样化，外墙板缝防水，围护结构的热工性能、大板结构接缝的受力性能、大板与大模板在水平荷载作用下的对比模型试验，大板结构抗震计算方法等。成果：中国建筑技术发展研究中心、中国建筑科学研究院主编的《装配式大板居住建筑设计和施工规程》（JGJ1-91）。1.1大板房的研究（20世纪70～80年代）（1）简化内外墙板的规格和数量，计算考虑塑性内力重分布，减少联肢墙的连梁配筋；（2）加强内外墙配筋，重点加强外围护墙体配筋率，外墙板竖向及横向的净截面配筋率分别提高到0.9％及1％；（3）加强了楼板的预埋连接筋，改进大楼板之间及大楼板与外墙板之间的连接方式，使整层楼板形成刚性盘；（4）考虑到高层建筑在地震力作用下的“鞭梢效应”加强了屋顶结构的整体连接，对出屋面的管廊、电梯机房、水箱间等建筑均加设了销键和套环筋，加强了构造联结。北京16层高层大板住宅研究做了工作：1.2高层大板房的典型接缝（内墙与外墙的连接）1.2高层大板房的典型接缝（内墙与内墙的连接）1.2高层大板房的典型接缝（楼板与墙的连接）（1）沿楼板各边在与墙板板顶及板底键槽相对应位置上应设置水平节点，利用楼板和墙板的伸出钢筋通过现浇混凝土形成连接节点，节点内的钢筋应焊接连接（2）通过沿外纵墙及横墙各层墙顶处的现浇圈梁将墙板和楼板连成整体。圈梁内应设置水平钢筋和箍筋。1.3大板房的推广与忧虑“大板房”集中出现于20世纪七八十年代。今天湖南长沙、广西南宁、江苏常州等地均在面对大板的改造和拆除问题。1.3大板房的推广与忧虑“大板房”的连接差，接缝渗漏、保温性差是通病。规范规定：大板房的纵、横墙板交接处的竖向接缝应采用现浇混凝土灌缝。竖向接缝的横截面不应小于100cm2，且截面边长不应小于8cm。连接构造应有利于混凝土的浇灌和检查。灌缝应用细石混凝土，其强度等级不应低于C15，同时不低于墙板混凝土的强度等级。。常州清潭新村有很多大板房，已经十分破旧，外墙板开裂脱落、楼梯和墙裙有裂痕、阳台混凝土梁板及混凝土保护层剥落、钢筋外露、锈蚀。其中，楼道转弯处的公共阳台护栏有的已经断裂，有些水泥脱落得只剩下钢筋架。1.3高层大板房的推广与忧虑大板房墙板与楼板、屋面板、基础之间的水平接缝必须坐浆，但水平接缝销键处不得铺放砂浆。楼板下面应坐垫砂浆，楼板上面应做挤浆填缝，砂浆缝厚度不大于20mm。砂浆强度等级夏季不低于M10，冬季不低于M15。坐浆干缝的质量通病广西决定从2011年起，用4年时间基本完成全区5万多套大板结构住房的改造。2日本PCaPC拼装结构技术及装配壁板住宅结构日本认为预制装配建筑分为：预制混凝土（PCa）与预应力混凝土（PC）2.1日本的预制拼装结构理念PCa的优点：高强度和高质量的混凝土部品定型化构件的批量生产PC的优点：混凝土构件形成预压应力采用压接方式拼装日本的PC主要应用在装配式框架结构，采用预应力方式压接，属装配速度快的“干节点”张拉端要点：拼缝无收缩砂浆预制与现浇的叠合楼板柱筋的浆锚套筒连接日本歧阜的安部工业主楼采用预制构件整体预应力装配技术建造(2002年参观)2.2预制装配框架的案例完成后的主楼外立面楼板采用预制预应力双T板，跨度20m柱、梁均为预制，柱亦施加预应力，采用预应力拼装的“干节点”连接，叠合楼板拼缝预制梁非常美观，符合精益建造预留孔道吊装预制梁吊装2008年8月参观日本的PCaPC位于北海道的二十世纪60年代厂房生产现代化构件用于熊本体育场的预制看台大梁日本东京都医院院综合研究所采用预制装配式框架结构用门式脚手架作安全防护运至工地的预制梁，并有安装人员的扶手索扶手索预应力筋采用高耐久性的环氧涂层钢绞线工人作业用的工具全部拴挂，防止工具坠落预留孔道梁柱框架采用预制，预应力装配，楼板采用压型钢板的现浇混凝土板梁柱的装配节点梁端的预应力张拉端构造梁端穿出的钢绞线预应力孔道灌浆2.3大成建设的装配剪力墙结构日本最初的工业化建造混凝土结构为由木木结构转化成的轴线框架结构。由预制混凝土构件组拼的柱与梁结合部位不可能形成无转动的刚性节点，必须设置梁柱间的剪刀撑。解决该问题的出路是采用剪力墙结构体系，预制混凝土剪力墙的装配结构是一流的结构形式。框架加剪刀撑剪刀墙结构工厂制作的高质量预制板与基础可靠连接，板与板连接牢靠，成为从基础、楼板、墙板与屋面的整体板式结构。例如：由8榻榻米（0.9×1.8m）大板组成的房间，墙板为4块，楼板为2块可以构成抗震性能不错的房子。壁板内配置双层细钢筋网，板内预埋波纹管，插入直径16mm的钢筋使结构成一体。安装顺序为：基础→（1层楼板）→1层墙板→2层楼板→2层墙板→屋面。a10cm间距的双层钢筋网b四边强化的加粗钢筋c墙板的肋筋、插入波纹管的钢筋d板内预埋的波纹管相邻墙板的连接墙板与墙板的竖向拼缝采用的连接方法希望能保证等同于无拼缝的结构相同的承载力。预制混凝土墙板的工厂制作过程1）各种网格状钢筋加工2）模板与钢筋安装3）混凝土均匀布料4）蒸汽高温养护5）脱模6）直立堆放自然养护现场施工基础钢筋安装墙板的拼装连接外墙面砖铺贴屋面防水施工3预制预应力砼装配整体式框架结构施工（引入法国技术现浇梁柱节点体系）（南京大地建设集团的世构体系）技术支撑高校：东南大学预制预应力砼装配整体式框架结构具有建造速度快、质量易于控制、节省材料、构件外观质量好、耐久性好以及减少现场湿作业、有利环保等优点。南京大地建设集团的世构体系是2000年从法国引进的一种预制砼装配整体式框架结构体系，其预制构件包括预制砼柱、预制预应力砼叠合梁板。3.1基于法国的预制装配框架结构体系行业标准《预制预应力混凝土装配整体式框架结构技术规程》JGJ224-2010，自2011年10月1日起实施。预制柱、叠合板吊装预制节段柱安装的柱节段设置斜撑，防止倾倒柱节段处用“X”筋加强，节点是典型的现浇“湿节点”应用对象主要为7层以下的预制装配框架结构南京浦口红太阳建材城的大面积框架采用预应力叠合板和叠合梁完成的框架梁板施工现场（先张法生产的预应力薄板、预应力梁）运至工地的预应力薄板两种梁端构造叠合现浇的节点梁端槽先浇筑柱，后吊装预制梁，再吊装预制板梁端留凹槽口，形成现浇框架节点。现浇梁柱节点支模用预应力薄板作为永久性模板3.2法国的双墙预制墙板结构体系3.2法国的双墙预制墙板结构体系3.2法国的双墙预制墙板结构体系4合肥西伟德的双墙拼装结构体系（引入德国的双墙结构体系）技术支撑高校：合肥工业大学体系特点：节能、整体性好、施工快捷双墙结构体系形式（1）墙板预制墙板结构截面墙板的外饰面可采用反打工艺一次成形先在工厂预制结构的单侧墙板窗、管线等直接预埋（2）楼板预制楼板结构截面可采用地板加热系统可采用先张法预应力技术预制楼板（3）基本构件预制放置钢筋桁架并浇筑混凝土吊运完成预制的单侧墙板将单侧墙板搁置在180度翻转台上并翻转将单侧墙板A倒扣到另一预制墙板B上，A板的钢筋桁架压入未凝固的B板混凝土内从养护窑将预制板运出墙内填充发泡保温材料预制构件运输构件现场安装安装墙板安装楼板合肥西伟德公司预制构件生产厂钢筋桁架预制构件钢模台座抽屉式养护窑预制翻转设备双墙结构体系的试点楼5万科的工业化住宅施工（引入日本技术的叠合现浇墙）技术支撑高校：清华大学、同济大学万科－住宅产业化的践行者1999年－2004年万科建筑研究中心启动万科标准化项目启动万科集团全面推广工业化摸摸索索实实践践成成熟熟武汉城市花园、北京四季花城工业化屋面体系应用万科部品战略采购万科工厂化中心成立万科PC技术研究开展万科产业化基地项目立项万科1-5号实验楼建成上海新里程项目2005年－2007年2008年－今上海万科新里程的项目实践预制装配内容（1）外墙贴面砖一体化的PCF叠合剪力墙；（2）预制楼梯；（3）预制阳台和飘窗贴面砖的预制外墙板（precastform简称PCF）预制飘窗构件预制楼梯预制飘窗现场安装PCF技术，外墙面转一次到位，外壁板85mm，内浇160mm现浇墙板。内做50mm保温板。预制楼梯安装现浇楼板上海万科金色城市的预制装配房屋苏南万科的玲珑湾苏州第一个产业化住宅PC楼，建造在苏州万科玲珑湾三期七区内，位于苏州工业园区玲珑湾街西侧，现代大道北侧。本工程为二栋18层住宅，53＃楼底层架空一层为休闲绿化空间，2～15层为标准层住宅，16～18层为退层式住宅；55＃楼底层为入口大堂和住宅，2～15层为标准住宅，16～18层为退层式住宅。本工程为PC示范项目，结合立面PC技术应用范围为53，55＃楼上部3～15层标准层区域，2栋共计标准层26层，PC技术应用内容如下：1）外山墙采用PCF构件；2）前后外墙采用PC＋PCF混合构件；3）预制楼梯梯段构件；4）预制悬挑阳台板等构件。53#55#北京万科中粮集团工业化住宅试点，该项目其中两栋楼运用了住宅工业化研究的部分成果，主要体现在除电梯核心桶外的南北外墙、阳台和空调板。北京万科的工程实践北京万科中粮集团工业化住宅的预制楼梯北京万科中粮集团工业化住宅的带保温的预制窗套北京万科中粮集团工业化住宅南立面的预制装饰混凝土柱北京万科中粮集团工业化住宅北立面预制窗套南京万科的上坊保障房工业化住宅试点，地上18层剪力墙结构南京万科的上坊保障房南京万科住宅试点预制构件平面图，红色为预制构件南京万科的上坊保障房南京万科的上坊保障房„结构形式：„本工程的PC结构住宅形式为剪力墙结构。„外墙：200mm预制外墙板和80mm预制外墙模与200mm现浇剪力墙叠合。„内墙：200mm现浇剪力墙。„空调板、楼梯：由南京大地新型建材公司工厂化生产，运至现场直接安装。„保温板：由专业公司在预制构件生产过程中铺贴完成。南京万科的上坊保障房运至施工现场的东西山墙的叠合剪力墙预制构件南京万科的上坊保障房运至施工现场的东西山墙的叠合剪力墙预制构件南京万科的上坊保障房堆放在预制构件厂的南立面预制带窗框的墙体构件南京万科的上坊保障房现场安装的南立面预制墙板南京万科的上坊保障房采用预应力叠合板采用一端锚固一端搁置的预制楼梯6中南集团的全装配剪力墙结构体系（引入澳洲的预制结构体系）技术支撑高校：东南大学中南控股集团有限公司（江苏省海门市）在国外考察和研究讨论的基础上，决定与澳大利亚康诺克公司（ConrockIndustriesPtyLtd）合作，引进预制混凝土装配技术（NPC），该技术是一项成熟的混凝土结构预制装配技术，在澳洲已推广应用了近二十年。NPC（预制混凝土装配）技术作为一种混凝土装配结构体系，其原理主要为采用预制钢筋混凝土柱、墙，预制钢筋混凝土叠合梁、板，通过预埋件、预留钢筋插孔浆锚连接、钢筋混凝土后浇部分等将梁、板、柱等节点连接成整体，形成整体结构体系。1.全预制装配整体式剪力墙结构简介中南控股集团有限公司与澳大利亚康诺克公司合作，引进预制混凝土装配技术（NPC），并与中国国情相结合，形成“全预制装配整体式剪力墙结构”（以下简称NPC体系）。其主要原理：采用预制钢筋混凝土柱、墙，预制钢筋混凝土叠合梁、板，通过预埋件、预留插孔灌浆、钢筋混凝土后浇部分等将梁、板、柱及节点连成整体，形成整体结构体系，预制装配率达到90％。南通海门中南世纪城33＃、34＃、35、36＃楼9＋1层全预制装配剪力墙住宅楼试点工程南通军山6＋1共9幢住宅楼采用装配短肢剪力墙结构施工233#楼预制构件制作、堆放和运输钢台模布置图工厂预制竖向构件竖放水平构件平放预制构件运输333#楼现场安装临时支撑（1）安装工具垂直度调节器拼装墙板