装配整体式剪力墙结构工业化住宅综合技术研究与应用
    研究报告
     
    1.项目背景              
    1.1北京市住宅产业化发展目标
    北京自上世纪70年代开始探索发展装配式住宅以来，到90年代初，装配式结构体系发展基本成熟，建造了近1000万m2板式建筑，约占全国1/3。但由于体制、经济、技术等原因，大板结构体系逐渐萎缩、消亡。1999年国务院发布的《关于推进住宅产业现代化提高住宅质量的若干意见》，明确了推进住宅产业化的指导思想、主要目标、工作重点及实施要求，开启了住宅产业化新的起点。2008年，以装配整体式剪力墙结构为代表的北京市新型工业化住宅重新起步。
    2010年初，北京市8部委联合发布了《关于推进本市住宅产业化的指导意见》和《关于产业化住宅项目实施面积奖励等优惠措施的暂行办法》。北京市正在扶持建设若干家预制部品生产企业，力争在2015年前，培育4-5家联合体和大型住宅产业集团。北京市今后几年住宅产业化的目标是：2010-2011年为试点期，住宅产业化试点项目建筑面积分别为50万和100万平方米；从2012-2013年为住宅产业化推广期，产业化住宅项目建设面积比例将分别提高至7%和10%。住宅产业化是房地产发展的必然趋势，北京作为国内房地产市场的领跑者，推动住宅产业化的发展将为其他城市起到示范作用。
    1.2北京市发展住宅产业化的优势
    1.2.1住宅需求量巨大
    自1998年房地产市场化以来，个人购房的观念深入人心，加上市场自身的发展，舒适型产品大行其道，改善型的“二次”购房客户日益增多，小换大，旧换新，市场需求结构得到了升级；同时，大量外地人口涌入北京，并选择在北京定居，这部分首次置业的人也创造巨大的刚性需求；在通涨预期的背景下，房地产投资也成为资产保值增值的一项重要手段。
    1.2.2住宅产业化自身优势明显
    住宅产业化包括住宅生产全过程的开发、设计、施工、部品生产、服务和管理等环节，是一个完成的产业系统，实现了住宅的生产、供给、销售和服务一体化，从而可以有效的避免传统住宅建筑设计不合理，住宅建筑材料质量良莠不齐，住宅建筑方式工业化水平低、成套技术集成度低、劳动力生产效率低、产品品质低、资源消耗高、建设过程中造成的污染程度高等问题。
    1.2.3住宅产业化试点项目的建设
    2008年3月，在榆构万科住宅产业化研发中心利用装配整体式剪力墙结构开始修建二层实验楼，该实验楼于同年9月建成并开放。2008年10月，北京万科假日风景的B3#￥B4#两栋高层实体楼正式以装配整体式剪力墙结构为试点工程，成为北京市第一批利用装配整体式剪力墙结构设计技术建造并向市场销售的工业化商品住宅楼，2009年12月该实体楼交付入住。2009年12月北京中粮万科假日风景产业化试点工程D1￥D8号以装配整体式剪力墙结构再次进行试点，并作为北京市工业化住宅试点的典范。2010年12月，长阳半岛工业化住宅项目开始施工，装配整体式剪力墙结构工业化住宅结构体系及关键技术基本定型，设计及施工技术基本成熟。
    2.试点工程概况
    自2008年北京开始进行工业化住宅试点工程建设以来，先后建设了实验楼、B3￥B4、D1￥D8、公租房、长阳半岛工业化住宅、金域华府等项目，其中以假D1￥D8及工业化住宅项目最具有代表性，是典型的采用装配整体式剪力墙结构体系的新型工业化住宅项目，下面针对这两个项目着重介绍。
    住宅楼，位于，紧邻小屯西路。D1#楼建筑面积：11396.5m2，其中地下1层，地上15层；建筑高度44.25m；D8#楼建筑面积：21141m2，其中地下2层，地上15层；建筑高度44.25m；结构标准层高为2.9m，抗震设防烈度为8度；结构形式均为装配整体式剪力墙结构（内墙为钢筋混凝土现浇剪力墙、外横墙为装配式剪力墙），预制构件包括预制外墙板、预制叠合楼板、预制飘窗、预制楼梯、预制阳台板、预制装饰板，整体装配化率约为21%。
    ，本工程由四个单体组成，建筑面积为53186m2，地下1层，地上9层，建筑高度为29.6m；结构层高2.9m，抗震设防烈度为8度；结构形式均为预制混凝土装配整体式剪力墙结构（内墙为钢筋混凝土现浇剪力墙、外墙为装配式剪力墙），采用了预制外墙板、预制阳台板、预制楼梯、预制飘窗、预制叠合板以及预制装饰板六类构件，外墙构件预制装配率达到76%，整体结构装配率达到38%。长阳半岛工业化住宅在万科假日风景D1￥D8工业化住宅基础上，整体装配化率有了显著提高，由万科假日的21%提高到了38%，外墙装配化率提高到76%，并首次应用了预制山墙、分体式机械连接飘窗、大面积叠合板等构件，首次进行了机电、设备专业的预制构件预留预埋安装现场接驳，并进行了叠合板机电专业综合排布。
     
    图01 试点工程实景照片
    3.课题研究背景
    采用装配式结构的工业化住宅相较传统现浇住宅而言，由于大量的结构实体在生产效率更高的、质量更稳定的预制构件厂完成，使得工业化住宅具有了缩短工期、降低成本、提高质量的优势。如何找到一种合适的住宅工业化建造模式来解决目前住宅建造模式所面临的问题，是这个课题研究的宏观背景。纵观发达国家工业化住宅发展历程，其共同点是工业化住宅建造模式具有强烈的差异化特色，以日本工业化住宅为例，日本地域狭小、经济水平地域差异不大、气候条件基本相同，住宅市场高度集中在少数大型住宅产业集团手中，这些产业集团可以提供包括部件制造、规划设计、施工安装、销售等所有环节的全产业链服务。而我国恰好相反，幅员辽阔、区域经济水平跨度大、东西南北气候差异很大，很难形成一种统一的住宅建造模式，但就北京市而言，这样的目的相对容易实现。
    3.1工业化住宅结构体系
    工业化住宅结构体系多种多样，例如：
    日本用于建造多高层住宅的装配式框架结构体系，日本用于建造多层建筑的预制壁式结构，集团分别开发的全预制装配式剪力墙结构，住工集团开发的肋板式住宅体系，开发的轻钢薄壁轻钢住宅体系，得开发的固得美叠合板式体系，集团开发的轻型H型钢住宅等，这些装配式结构体系各有各的优点及其适用范围。
    北京的住宅建筑其主要特点是：高抗震设防烈度（8度）；高保温节能要求；主流住宅为高层住宅；高规划指标要求；冬季施工（严寒地区）。根据以上特点进行分析筛选，首先、北京市以建造高层住宅为主，而我国现行的规范，高层住宅主要以剪力墙结构为主而很少采用框架结构，这与日本的工业化住宅差异较大，一方面我国规范对框架结构的限制较多，不易进行构件的拆分设计，另一方面我国住宅客户对室内突出的梁、柱等构件较为敏感，这都限制了框架结构体系的选用，因此北京的结构体系选择首先倾向于剪力墙结构；其次、通过宇辉集团及中南集团对装配式剪力墙结构的研究，剪力墙结构需要解决的核心问题是钢筋接头连接问题及预制剪力墙与现浇剪力墙结构等同性的问题，在预制剪力墙受力特征没有经过实际工程检验的情况下，选择一种更易与现浇结构等同的结构，便是装配整体式剪力墙结构；最后、当预制剪力墙应用于外墙并经安装完成后，还需进行外墙外保温施工作业，这样使得装配式剪力墙的应用效果大打折扣，因此设计一种能够集成保温及外饰面为一体的预制墙板构造就是体系选择后的下一个问题，这便是装配整体式剪力墙结构采用夹心保温外墙的由来。采用夹心保温系统的预制外剪力墙经现浇节点连接成为整体，这样的结构体系便是装配整体式剪力墙结构体系，这一结构体系通过预制墙板的高度集成化，提高了施工效率，一经安装完成便同时完成了外保温及饰面施工，并通过工厂化的构件生产模式保证了施工质量；这一体系还通过巧妙设计的钢筋连接接头，解决了预制剪力墙钢筋纵向钢筋可靠连接的问题，奠定了北京市发展工业化住宅的基础。
    3.2工业化住宅设计技术
    工业化住宅结构形式选定后，为了保证装配整体式剪力墙结构能够应用于实际工程，预制构件与现浇结构之间的节点连接是能否实现该结构体系的关键，同样预制构件与现浇节点的连接方式是能否保证现有的生产方式与施工组织能力、预制构件类型相协调的关键。在符合预制构件多样化的前提下，根据住宅户型特点，设计同类构件标准化、系列化，同时将建筑与装修进行一体化设计，实现工业化住宅预制构件批量加工生产。工业化住宅通过建设过程中系统的高度集成，体现了工业化住宅建设过程中节能、环保的优势，并实现了提高住宅建设品质的目标。
    根据预制构件与现浇结构的不同连接节点，为保证预制墙板与现浇结构连接方式的可靠性及可行性，采用不同的连接方式进行试验验证。针对预制墙板与现浇结构连接问题，进行不同连接方式的真型性能试验：通过真型试验选择验证解决预制墙板与现浇结构连接的最优方案、验证采用水泥灌浆钢筋连接接头是否能够解决预制墙板的竖向连接问题、验证预制墙板节点区域连接面是否能够通过构造方式解决连接可靠的问题；并且通过真型试验检验预制墙板与现浇剪力墙是否具有相似的承载能力、屈服机制以及破坏形态，是否能够达到装配整体式剪力墙结构延性设计要求的目的。
    3.3工业化住宅施工技术
    工业化住宅施工技术是本课题研究中第三个环节的问题，具体而言，工业化住宅施工技术解决的是这一成型的结构体系如何完成建造的过程。通过对装配安装这一过程的研究，可以合理的利用现有的机械、合理使用人工、合理组织资源投入，并通过这一系统的投入在施工装配的环节体现出工业化住宅所特有的节能、环保、绿色、低碳的优势。我国虽然曾经经历过装配式结构的施工历程，有一定的装配式结构安装施工经验，但这部分的经验主要集中在依托现浇框架为基础的内浇外挂结构形式上，这类结构形式与新型工业化住宅结构形式已经有了本质的区别，比如钢筋灌浆锚固连接接头技术的出现，已经使得外预制墙板构件成为受力构件，而非传统外墙挂板的维护构件，如何通过有效、合理的施工流程控制保来证钢筋连接质量，这一方面的施工技术仍然需要突破；再比如新型工业化住宅外墙防渗漏节点构造也与传统的外墙防水拼缝有了较大的区别，如何通过合理的施工流程保证构造及材料防水共同发挥作用，诸如此类的施工技术都是传统工业化住宅未曾涉及的领域，需要形成一套可供推广应用的工法，将会极大的促进工业化住宅在北京的推广与发展。
    就装配整体式剪力墙这一结构体系的施工而言，其关键技术有如下几个方面：首先、如何进行施工场地的布置与人、机、料的组织；其次、如何确定施工过程的关键线路，确保施工工期可控；再次、从细节角度讲，如何快速安装就位预制构件，并保证安装的精度；最后、如何合理的评价已经施工安装完成的工程。实际上，除了以上提及的涉及进行施工组织方面的研究外，还有许多的细节需要突破，例如，如何为各类预制构件选择快捷、高效、可靠的安装工具；如何合理处理构件节点区的施工难度问题等方面。形成一套以预制构件装配施工技术为基础、钢筋接头施工技术为重