装配式剪力墙结构技术概述

装配式剪力墙,装配式混凝土结构,构件

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03-22

北京市住宅建筑设计研究院有限公司 刘敏敏

装配式建筑概念:装配式建筑是指采用预制构件、部品部件在工程现场装配而成的建筑。

装配式建筑的主要类型:装配式混凝土建筑、装配式钢结构建筑、装配式木结构建筑。

目前阶段装配式混凝土建筑应用较为广泛,同时大力发展装配式钢结构建筑。装配式混凝土建筑常见的结构类型有装配整体式剪力墙结构和装配整体式框架结构。

一、装配式建筑政策及相关技术依据

1.装配式建筑政策

党的十八大提出发展“新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化”以来,国家多次提出发展装配式建筑的政策要求,北京、上海、深圳等多个省市发布了具体实施意见。

2.装配式建筑相关技术依据

国家大力推进发展装配式建筑,出台了一系列的装配式建筑相关标准、规范、图集、规程(如表1所示)。

除上述标准、规范、图集、规程外,安徽、北京、福建、甘肃、广东、河北、河南、湖北、湖南、江苏、辽宁、山东、上海、深圳、四川和浙江等地也发布了60多本地方标准、规范、图集、规程。

《装配式建筑评价标准(征求意见稿)》 对装配式混凝土建筑的要求:

(1) 装配式混凝土建筑的主体结构、围护结构等构件的比例应达到30%,并实现全装修。

(2) 装配式混凝土建筑非砌筑外墙围护占比应大于80%,非砌筑内隔墙占比应大于50%。

(3) 装配式混凝土建筑应进行建筑、结构、设备管线、装饰装修一体化设计和建造。

二、装配式混凝土结构设计

目前实施的国家及各省装配式建筑涉及的规范、标准、规程和图集多为关于装配式混凝土结构的要求。本文以北京地区的工程经验对装配式混凝土剪力墙结构和装配式混凝土框架结构的设计、施工和验收进行概要汇报。

1.装配式建筑应遵循模块化、标准化设计理念

(1) 模数协调

(2) 少规格、多组合

(3) 考虑生产工艺、运输方案和安装方案

(4) 产业化思想尽早融入

以在交通核(核心筒模块)为中心,科学有序拼装各功能模块(标准模块+可变模块)。

做法展示:

2.满足规范相应条文要求时,装配式混凝土结构可按现浇混凝土结构进行设计

装配整体式剪力墙结构可实施的预制构件种类包括:预制外墙、预制内墙、预制叠合楼板、预制阳台板、预制空调板、预制楼梯、预制女儿墙。

装配整体式框架结构可实施的预制构件种类包括:预制框架柱、预制框架梁、预制叠合楼板、预制外墙围护构件。

预制竖向结构构件间的竖向设置水平现浇带通过钢筋采用灌浆套筒连接,水平方向则通过现浇节点连接。

国内首例3层9米高装配式剪力墙结构模型整体抗震拟动力试验(图10)。

试验结果证明:装配式剪力墙结构具有良好的抗震性能,套筒灌浆技术安全可靠,能够在高震区使用。同时实现了连梁“强剪弱弯”、剪力墙“强墙肢、弱连梁”的抗震设防目标。

构件展示:

(1) 剪力墙住宅标准层构件拆分示意图。

(2) 预制混凝土剪力墙体系——内外墙板、叠合楼板、预制楼梯、阳台板、空调板。

(3) 预制混凝土框架体系——预制梁、预制柱、外挂板。

(4)预制竖向结构构件间的连接——灌浆套筒连接技术。

三、装配式混凝土构件生产

国家设立预制构件厂家库,对于预制构件的产品质量进行宏观把控,预制构件生产实现自动化生产线。

(1)机械化浇筑,自动翻板

(2)板类自动化生产环线、长线台座生产线。

(3)自动温控养蒸窑

(4)生产车间配备全封闭搅拌站,采用水循环系统回收污水再利用,节能环保。

(5)注重构件设计细节,提高工程质量。

四、装配式混凝土结构施工

叠合板支撑体系:叠合板采用定型独立支撑,墙顶交接节点设置圈边龙骨,叠合板之间的拼缝采用吊管模板,保证施工质量和效果美观。

墙板支撑体系:墙板采用三角斜支撑,下层墙体预埋螺栓控制竖向构件安装标高。

全产业链可视化BIM服务平台实现设计、构件生产和吊装各环节相关数据的传递、修正和协同。

五、BIM在装配式混凝土结构中的应用

1. 设计阶段

(1) 通过BIM可视化设计,优化单元平面组合关系和立面表达。

(2) 科学拆分和可视化表达预制构件,并赋予信息属性。

(3) 优化机电管线布置及点位精确预埋。

(4) 优化各类建筑节点的构造设计及材料应用。

(5) 优化预制构件间,预制构件与现浇节点间钢筋优化设置。

(6) 进行整体化及结构装修一体化的精装修设计。

(7) 创建可向下游传递信息数据的可视化三维模型,根据出图需要实时输出项目信息。

2. 构件生产阶段

(1) 依据生产工艺、运输要求、施工临时措施等需求增加内容,承接并完善BIM模型,保持模型的唯一性。

(2) 摘出各预制构件的信息对预制构件科学标识,生成构件加工图,自动完成钢筋放样、生成材料清单并分类管理。

(3) 结合RFID技术科学标识,形成构件可追溯性的质量管理体系。

(4) 为将来建立生产管理平台,协调构件生产、物料采购、构件运输与安装施工的关系奠定基础。

PC住宅全生命周期可追溯的信息管理:

(1) 基于REVIT通用软件研发参数化族库。

(2) 板件自动拆分、编码、出图和算量。

(3) 关键安装节点自动碰撞检查。

基于二维码、RFID射频技术,构件生产、检验、堆放和运输进行集约型管理,实现构件全生命周期质量追溯。

3. 施工阶段

BIM施工模拟在施工阶段实现施工组织模拟、施工场地优化布置、施工工序合理穿插,科学编制施工进度计划,对各阶段进行造价分析,完成施工成本的管控。

精细化的施工组织管理:细化构件生产、物资采购、大型机械布置等进度计划,优化施工组织。

(1) 构筑施工模型: 增加施工机械、场地、辅助措施等内容,承接并完善BIM模型,保持模型的唯一性。

(2) 优化施工组织计划: 模拟施工组织,优化场地布置、构件进场时间及堆放,优化施工工序的穿插,模拟关键部位施工,科学编制施工进度计划。

(3) 实时监控材料消耗: 依据BIM模型编制施工进度,分析各阶段物料消耗情况及现场设备情况,优化设计场地布置,辅以RFID技术对预制构件跟踪管理。

(4) 实时监控工程成本: 实施施工成本管理,对模型中的各材料进行价格信息的修正并进行造价分析,从而有效地控制成本。

4. 装配式混凝土结构建设

全产业链EPC运作模式

从项目前期策划阶段:产业链上的设计、构件生产和施工总包单位同时开始介入,通过设计优化,提高部品生产效率,通过专业化施工工艺和产业化施工队伍,提高产品品质和质量,提供建造全过程的技术策划与咨询服务。

全产业链EPC运作模式工程案例

从项目前期方案阶段,EPC产业链上构件生产和施工就开始介入并参与设计优化,根据生产线工艺特点,调整预制构件尺寸,减少构件型号,提高模板重复使用率,减低构件成本,充分考虑施工场地条件、施工组织及工序穿插等因素,为项目提供最佳解决方案。

首开开发,北京大兴区,其中1#-5#楼为产业化住宅,总建筑面积约80400m2,奖励面积2412m2,全预制装配式剪力墙结构。产业化部位包括外墙、楼板、阳台、空调、楼梯、轻质内隔墙。外墙预制率68.06%;内墙板预制率33.46%;叠合板预制率74.61%;楼梯和空调板预制率100%。

六、工程案例

万科长阳新天地(2013)

万科长阳新天地位于北京房山区,由6栋21层高层和6栋11层小高层板楼组成。北京万科首个全小区采用工业化的建造方式小区。总建筑面积69353m2,含奖励面积2020m2,全预制装配式剪力墙结构。小高层,产业化部位内容有外墙、内墙、楼板、阳台、空调板、楼梯、轻质内隔墙,正负零以上预制率50.5%。高层,产业化部位包括外墙、内墙、楼板、阳台、空调板、楼梯、轻质内隔墙,标准层预制率50.7%,正负零以上预制率41.8%。

北京住总国家住宅产业化基地(2012)

研发楼:现浇框架+外挂板结构体系

中建一局发展天津武清产业化基地(2015)

研发楼:预制框架+外挂板结构体系

首创天悦西山(2014)

首创天悦西山位于北京海淀区,总建筑面积约297832m2,剪力墙结构。产业化部位包括楼板、阳台、空调板、楼梯。预制楼板(阳台板、空调板)

预制率77.43%,预制楼梯预制率100%。

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