1 工程概况 LH装配式建筑项目位于北京市门头沟区，该项目总建筑面积91 056 m2，结构形式为装配整体式剪力墙结构，包括预制空腔墙板、预制叠合板、预制楼梯等成品构件，整体装配率达60 %。其中预制空腔墙板工艺原理如图1所示。 图1 预制空腔墙板工艺原理 2 重难点分析 本工程中所使用的预制墙板是一种新型预制空腔剪力墙。预制空腔剪力墙两侧预制墙板厚度仅50 mm，属于轻质薄板式外稳定构件，在吊装、就位、浇筑过程中会受到各类施工荷载影响，产生较大的弯矩、扭矩、剪力等，存在开裂风险。 因此，针对本项目预制空腔墙板施工过程中的风险点，创新性地研究一种基于的，旨在形成一套预制空腔剪力墙防裂施工工艺。 3 主要技术要点 施工前，根据设计图纸，应用ABAQUS有限元分析软件建立有限元模型，模拟墙板在安装各阶段的受力状态，分析易开裂部位，计算出吊装、就位工序中的各项工艺参数要求，对易开裂薄弱点用加固工装进行加固。 通过控制变量反复运算，进行工装加固位置的最优设计，给出起吊速度、自由落地高度的合理限值，达到墙板安装全过程不产生裂缝的效果。 3.1 工装加固设计 本次以结构形式较为复杂、自重较大的门窗结合型墙板作为模拟分析对象。填充轻质泡沫模拟预制墙板中的空腔，对预制墙板及内部钢筋和吊环部件进行装配，施加施工荷载和边界条件，得出预制墙板变形云图及应力云图，分析工装加固的最优设计。预制墙板数值建模如图2所示。 图2 预制墙板数值建模 （1）模拟分析吊装引起的预制墙板变形。 吊装变形如图3所示。由图3可知，此类预制墙板的主要变形发生在门窗洞顶部中线处，其中门洞顶部变形远大于容许值。 （a） （b） 图3 吊装变形 （a）吊装过程中的竖向变形云图；（b）对应顶部位移曲线 （2）模拟分析吊装过程中预制墙板受力分布。 吊装应力如图4所示。由图4可知，此类预制墙板的应力主要集中于门窗洞顶部及门洞下部两角附近；门窗顶部及门洞左下角出现应力激增情况。 （a） （b） （c） 图4 吊装应力 （a）吊装过程中最大主应力分布云图；（b）对应横梁中部应力曲线A； （c）对应横梁中部应力曲线B 针对门窗洞顶部变形及门洞左下角处应力集中这两个主要吊装隐患，需对门洞上下部进行横向刚度加强及位移约束（图5）。 图5 加固工装深化设计示意 对于该类门窗结合型预制空腔墙板，可于门洞口底部和顶部，分别采用一字形槽钢进行加固，槽钢分别放置于距离墙板底部和顶部500 mm处，洞口左右两侧各延长300 mm。 3.2 起落速度限值 3.2.1 最大起吊加速度分析 设计预制墙板起吊加速度a分别为0.3 m/s2、0.5 m/s2、0.7 m/s2和0.9 m/s2，分别进行数值模拟，计算吊点不同加速度下的预制墙板最大的应力，并将混凝土抗弯拉标准值4.5 MPa作为阈值，将不超过阈值且最接近阈值的数值作为最大起吊加速度。 对吊装预制构件进行数值建模，并于3处吊装点施加不同的吊装力，加速度通过吊装力和预制墙板重量控制，兼顾板体重力进行模型力学加载。三维应力网格划分后进行应力分布计算。 通过预制墙板应力分布云图可知，在不同吊装加速度下应力主要集中在3处吊装点，其中应力极值都出现在中间吊装点，分别统计4级加速度下应力极值，并与混凝土抗弯拉强度标准值比照。 不同吊装加速度下应力极值见表1，吊装加速度为0.7 m/s2时，应力极值4.34 MPa最接近且不超过标准值4.5 MPa，因此将0.7 m/s2作为预制构件吊装的最大加速度。 表1 不同吊装加速度下应力极值 3.2.2 最大落地速度分析 设计预制墙板落地速度v分别为0.6 m/s、0.8 m/s、1.0 m/s和1.2 m/s，分别进行数值模拟，计算落点不同速度下的预制墙板最大的应力，并将混凝土抗弯拉标准值4.5 MPa作为阈值，考虑落点垫片的缓冲效果，据此拟定计算应力折减系数为0.9，将不超过阈值且最接近的折减数值作为最大落地速度。 洞口两侧缓冲垫片设置在距边缘300 mm处，防止预制墙板落地时由于边角受力产生偏心荷载损坏墙板。 通过预制墙板应力分布云图可知，不同落地速度下应力主要集中在3处落点，其中应力极值都出现在中间落点，分别统计4级速度下应力折减极值，并与混凝土抗弯拉强度标准值比照。 不同吊装落地速度下应力极值见表2，落地速度为1.0 m/s时，应力折减极值4.49 Mpa最接近且不超过标准值4.5 Mpa，因此将1.0 m/s作为预制构件吊装的最大落地速度，以自由落体运动推算，自由落地高度不得超过50 mm。 表2 不同吊装落地速度下应力极值 4 施工流程及施工工艺 4.1 施工流程 主要施工流程：施工准备→预制墙板吊装→预制墙板安装→节点钢筋绑扎及模板支设→混凝土浇筑。 4.2 施工工艺 4.2.1 施工准备 根据模拟分析结果，构件出厂时，用加固工装对预制空腔墙易开裂部位进行加固，工装可选槽钢、工字钢、角钢等，采用高强螺栓穿过墙板预留孔与墙板固定牢固。 （1）窗洞形墙板：在窗洞顶部两侧，选取距洞口边缘约L/6位置（L为窗洞净宽）的点位，布设八字形排列的斜向槽钢。该槽钢支撑体系与水平基准面夹角为45 °。 （2）H形墙板：沿墙板顶边安装水平布置的一字形槽钢。在洞口两侧，同样在距边缘L/6处，设置倒八字形斜撑槽钢，其安装角度也固定为45 °。 （3）门窗结合型墙板：在顶部边缘梁和底部门槛梁位置分别加装水平方向的一字形槽钢。 4.2.2 预制墙板吊装 起吊预制墙板采用专用吊装钢梁（长度超过5 m应采用吊装钢梁），利用卸扣将起重钢丝绳可靠连接至外墙板顶部预设的吊环上。 吊装时，应确保起重设备主钩悬挂点、吊具中心及构件重心三者位于同一铅垂线上。吊索（钢丝绳）与预制墙板水平面的夹角应不小于45 °。墙板吊装加速度不应大于0.7 m/s2，落地速度不应大于1 m/s，自由落地高度不得超过50 mm。当空腔墙板吊装至预留插筋顶部上方一定距离时略作停顿，施工人员可以用搭钩勾住两根控制绳索，控制墙板下落方向，将墙板对准空腔区预留钢筋，缓慢下降，控制落地速度，使之平稳就位。就位前，施工人员依据设计标高放置垫片进行标高调节及找平。垫片采用高强塑料垫片，应放置在预制墙体下方，待墙板安装完成后剔除，灌微膨胀混凝土填实。 4.2.3 预制墙板安装 在预制墙板安装过程中，需配置由两道可调斜撑组成的支撑体系（图6）。每道斜撑一端连接墙体，另一端通过预埋连接件（螺栓或孔）固定在楼板上。建议将长斜撑下端固定点距墙板底部的距离控制在墙板总高度的2/3。建议将短斜撑下端固定点距墙板底部的距离控制在墙板总高度的1/4。在水平方向上，该斜撑组合应按约1.8 m的间距均匀布置。墙板定位微调时，可通过操作短斜撑上的调节机构精确控制墙板根部沿垂直于墙板方向的水平位置。 图6 预制墙板临时支撑示意 待墙板水平就位调节完毕后，操作长斜撑上的调节机构，改变墙板顶部的水平位置，从而实现对预制墙板垂直度的精确控制。配合简易垂直度检测工具不断进行微调，直至符合验收标准。 4.2.4 节点钢筋绑扎及模板支设 待叠合板吊装完成，绑扎楼面钢筋时，插入上层墙板竖向连接筋，并采用专用卡具固定，保证钢筋的间距、垂直度等。待混凝土终凝后拆除专用卡具，清洁预留钢筋。墙板竖向连接筋专用卡具如图7所示。 图7 墙板竖向连接筋专用卡具示意 预制墙T形节点处模板安装宜采用铝模，通过空腔墙板留孔设置对拉螺杆；墙板顶部与楼板接缝处可采用C形钢、方钢管或方木封堵，通过墙板预留螺栓孔加固；预制墙板底部与楼板接缝可选用方木或方钢进行封堵。内侧模板通过预制墙体底部预留螺栓孔和下层楼板预埋的L形短钢筋地锚加固，外侧模板通过位于拼缝上、下的螺栓孔加固。拼缝模板如图8所示。 图8 拼缝模板示意 4.2.5 混凝土浇筑 对于长度超过6 m的大尺寸墙板，待安装就位、混凝土浇筑前，在预制墙板底部H/3处，沿墙体方向预留一排加固孔，对拉螺栓穿孔配合主次龙骨对墙板进行加固（图9），以便降低大尺寸墙板在混凝土浇筑过程中的开裂风险。次龙骨一般为方木，贴墙板平放，且次龙骨长度沿孔洞位置上下不小于200 mm。 混凝土浇筑时，应优先浇筑预制墙空腔内的混凝土，并严格遵循分层浇筑原则。每层混凝土的摊铺厚度不超过1 000 mm。必须在所有空腔墙体的首层混凝土浇筑完成后，进行后续第二层的浇筑作业。 使用振捣棒作业时，其插入深度应延伸至下一层混凝土内部至少50 mm，以确保层间结合密实。振捣点间距300 mm，提棒速度100 mm/s，棒头在每一点的停留时间不超过3 s。 图9 加固示意 5 结束语 本研究介绍了一种基于防裂主动控制的预制空腔剪力墙安装技术，通过有限元法模拟预制空腔剪力墙在各种施工短暂状态的受力情况，完善工艺参数和施工措施，解决了预制空腔剪力墙施工阶段易开裂的问题，形成了一套预制空腔剪力墙防裂施工工艺。通过在工程中应用，提高了工程质量，可为类似工程提供一定参考。
