一种装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构与设计方法与流程

1.本发明涉及绿色高性能建筑和新型建筑工业化领域，尤其涉及一种装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构与设计方法。


背景技术：

2.近些年来，在一系列政策的鼓励和支持下，我国装配式建筑发展迅速，装配式建筑量逐年增加。据最新统计数据，2020年新开工装配式建筑达6.3亿平方米，较2019年的4.2亿平方米增长了50%，占新建建筑的20.5%。这标志着我国装配式建筑发展驶入“快车道”，但相比发达国家的70%-90%的装配式建筑占比，我国仍有非常大的发展空间。
3.各发达国家已经摸索出了适用于其自身的发展路径及技术体系，例如：法国的装配式结构体系以框架结构为主，多采用焊接、螺栓连接等干法作业；德国主要采用叠合板剪力墙结构体系，目前已发展成系列化、标准化的高质量、节能的装配式住宅生产体系；新西兰的装配式混凝土框架结构较为成熟，目前所建造的最高框架结构有40余层；而在美国，预制预应力混凝土结构颇受青睐。
4.纵观发达国家装配式建筑的发展情况，可以看出，各国在漫长的装配式建筑发展过程中，发展思路与主要结构体系大不相同。需要注意的是，现阶段我国应用较多的装配整体式剪力墙结构体系构件重量较大、运输不便，节点连接质量饱受诟病，且施工周期更长，建安成本高，存在进一步优化迭代的空间，因此，我国的装配式建筑发展思想要结合我国实际情况，在近年来装配式建筑应用的基础上，开展适合我国国情的装配式建筑体系研发。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构与设计方法，该种装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构兼具装配式建造工艺和现浇混凝土结构的优势，而与之相匹配的设计方法能够更加高效、准确的完成装配密拼模壳体系的混凝土剪力墙设计。
6.本发明是通过以下技术方案予以实现：一种装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构，包括组合壳构件以及组合壳构件组装到位后填充至组合壳构件内的现浇混凝土，组合壳构件包括内部呈空腔的模壳、固定在模壳内部的钢筋骨架以及均匀布设在模壳内的对拉连接件，模壳是用于承受混凝土浇筑侧压力的薄板，对拉连接件的两端埋设在模壳内，是用于固定钢筋骨架并承受混凝土浇筑侧压力的杆件，相邻组合壳构件之间在平面上为密拼连接，组合壳构件的钢筋骨架与现浇混凝土剪力墙结构的钢筋排布方式相同，相邻组合壳构件间的钢筋采用搭接连接。
7.可以看出，上述技术方案中，混凝土剪力墙结构综合采用了永久模板技术和钢筋成型安装技术，在工厂将模板和钢筋制作成构件，运输至施工现场后进行安装形成组合壳构件；该体系的钢筋连接构造与现浇结构一致，力学性能好；在现场无任何剪力墙钢筋绑扎和模板安装，且构件质量轻，吊装、运输方便，竖向组合壳构件全装配、全现浇，兼具装配式
建造工艺和现浇混凝土结构的优势。
8.可选的，在一种可能的实施方式中，组合壳构件是直线式组合壳构件、t形组合壳构件、l形组合壳构件、z形组合壳构件、十字形组合壳构件、组合壳梁构件以及组合壳楼承板构件中至少一种，且直线式组合壳构件、t形组合壳构件、l形组合壳构件、z形组合壳构件以及十字形组合壳构件在平面上分别呈“一”字形、“t”形、“l”形、“z”形以及“十”字形。
9.可以看出，上述技术方案中，上述的直线式组合壳构件、t形组合壳构件、l形组合壳构件、z形组合壳构件以及十字形组合壳构件基本可组装成任何设计形状的混凝土剪力墙结构，通用性强。
10.可选的，在一种可能的实施方式中，模壳主要采用成分包括水泥、砂以及纤维，模壳的厚度在12mm-30mm。
11.本发明还公开了一种装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构设计方法，其用于设计上述的装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构，包括以下步骤：步骤s1、绘制现浇混凝土剪力墙结构的初步设计图纸，确定开间尺寸、洞口位置以及层高；步骤s2、对步骤s1的初步设计图纸进行结构整体分析，确定结构施工图，完成混凝土剪力墙结构的截面与配筋；确定剪力墙与梁的位置、剪力墙边缘构件区域与非边缘构件区域；步骤s3、根据步骤s2的结构施工图，对混凝土剪力墙结构进行结构拆分，拆分成多种不同样式的组合壳构件，组合壳构件是直线式组合壳构件、t形组合壳构件、l形组合壳构件、z形组合壳构件、十字形组合壳构件、组合壳梁构件以及组合壳楼承板构件中至少一种；步骤s4、校核步骤s3拆分的各个组合壳构件之间钢筋搭接是否满足设计要求，如满足要求，则继续执行步骤s5；如不满足要求，则返回至步骤s1，对步骤s1的初步设计图纸进行优化，重新设计，再依次执行步骤s2、步骤s3以及步骤s4；步骤s5、步骤s4的钢筋校核完成后，设计组合壳构件，包括钢筋骨架、模壳、对拉连接件以及预埋件的设计。
12.可以看出，上述技术方案中，基于装配密拼模壳体系的设计构思，本发明通过优化的设计方法对装配密拼模壳体系的混凝土剪力墙进行设计，综合考虑了各专业的协同，系统性、集成性高，有助于实现全专业、全过程的信息化管理，且更加高效、准确的完成装配密拼模壳体系的混凝土剪力墙设计。
13.可选的，在一种可能的实施方式中，步骤s2中的结构整体分析考虑模壳重量，具体包括以下步骤：步骤s2.1、计算模壳体积；步骤s2.2、换算模壳重量；步骤s2.3、校核结构自重，核算基础承载力是否仍符合设计要求；不符合要求的，调整基础设计，并重新校核模壳重量。
14.可以看出，上述技术方案中，结构整体分析过程中充分考虑模壳重量的影响，实现根据模壳重量核算装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构自重，保障后续运输、拼接等工序的顺利进行。
15.可选的，在一种可能的实施方式中，步骤s3中对混凝土剪力墙结构进行结构拆分，
按照剪力墙与梁的位置，在梁与剪力墙的接缝处拆分组合壳剪力墙构件和组合壳梁构件，且相邻组合壳剪力墙构件的接缝位于非边缘构件区域。
16.可以看出，上述技术方案中，步骤s3中对混凝土剪力墙结构进行结构拆分，在梁与剪力墙的接缝处拆分组合壳剪力墙构件和组合壳梁构件，且相邻组合壳剪力墙构件的接缝位于非边缘构件区域，进而有效保障结构的整体强度。
17.可选的，在一种可能的实施方式中，步骤s5中的预埋件包括吊装点、临时支撑埋件以及l形组合壳构件的阳角埋件。
18.可以看出，上述技术方案中，步骤s5中的预埋件起到支撑以及便于后续吊装的作用。
19.可选的，在一种可能的实施方式中，模壳与对拉连接件依据吊装、运输、混凝土浇筑以及耐久性能完成材料选型与关键指标的确定。
20.可以看出，上述技术方案中，模壳与对拉连接件的设计需依据不同的建筑要求进行定制设计。
21.可选的，在一种可能的实施方式中，该设计方法基于bim建筑信息模型设计。
22.可以看出，上述技术方案中，设计方法基于bim建筑信息模型设计，实现全专业、全过程的信息化管理。
23.本发明的有益效果是：（1）该装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构综合采用了永久模板技术和钢筋成型安装技术，在工厂将模板和钢筋制作成构件，运输至施工现场后进行安装；该体系的钢筋连接构造与现浇结构一致，在现场无任何剪力墙钢筋绑扎和模板安装，且构件质量轻，吊装、运输方便，竖向构件全装配、全现浇，兼具装配式建造工艺和现浇混凝土结构的优势。
24.（2）本发明的混凝土剪力墙结构中相邻组合壳构件的钢筋连接方式与现浇混凝土剪力墙的相一致，力学性能好；（3）组合壳构件安装完成后，现场无任何墙体（包括边缘构件）的模板安装和钢筋绑扎，且组合壳构件质量轻，运输和安装方便；（4）本发明的设计方法综合考虑了各专业的协同，系统性、集成性高，有助于实现全专业、全过程的信息化管理，且更加高效、准确的完成装配密拼模壳体系的混凝土剪力墙设计。
附图说明
25.图1示出了根据本发明的设计方法的流程示意图；图2示出了实施例2的初步设计图纸；图3示出了实施例2的结构施工图；图4示出了实施例2的结构施工图的拆分图；图5示出了直线式组合壳构件的结构图；图6示出了t形组合壳构件的结构图；图7示出了l形组合壳构件的结构图；图8示出了混凝土剪力墙结构的拆分正面结构图；图9示出了图7中a-a方向的剖视结构图；
图10示出了组合壳构件的结构图；图11示出了实施例3优化前的初步设计图纸；图12示出了实施例3优化前的结构施工图；图13示出了实施例3优化前的结构施工图的拆分图；图14示出了实施例3优化后的初步设计图纸；图15示出了实施例3优化后的结构施工图；图16示出了实施例3优化后的结构施工图的拆分图；图17示出了实施例3优化后梁拆分图；图18示出了实施例3优化后楼板的拆分图；图19示出了实施例3的设计立体图；附图标记说明：1、模壳；2、对拉连接件；3、钢筋骨架；4、构件a剪力墙水平分布钢筋；5、剪力墙竖向分布钢筋；6、构件b剪力墙水平分布钢筋；7、密拼接缝。
具体实施方式
26.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
27.在发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
28.实施例1一种装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构，包括组合壳构件以及组合壳构件组装到位后填充至组合壳构件内的现浇混凝土，组合壳构件是直线式组合壳构件、t形组合壳构件、l形组合壳构件、z形组合壳构件、十字形组合壳构件、组合壳梁构件以及组合壳楼承板构件中至少一种，如图5-图10所示，组合壳构件包括内部呈空腔的模壳1、固定在模壳内部的钢筋骨架3以及均匀布设在模壳内的对拉连接件2，模壳是用于承受混凝土浇筑侧压力的薄板，对拉连接件的两端埋设在模壳内，是用于固定钢筋骨架并承受混凝土浇筑侧压力的杆件，相邻组合壳构件之间在平面上为密拼连接，组合壳构件的钢筋骨架与现浇混凝土剪力墙结构的钢筋排布方式相同，相邻组合壳构件间的钢筋采用搭接连接。
29.进一步的，直线式组合壳构件、t形组合壳构件、l形组合壳构件、z形组合壳构件以及十字形组合壳构件在平面上分别呈“一”字形、“t”形、“l”形、“z”形以及“十”字形。
30.进一步的，模壳主要成分包括水泥、砂以及纤维，模壳的厚度在12mm-30mm。
31.可以看出，上述技术方案中，混凝土剪力墙结构综合采用了永久模板技术和钢筋成型安装技术，在工厂将模板和钢筋制作成构件，运输至施工现场后进行安装形成组合壳构件；该体系的钢筋连接构造与现浇结构一致，力学性能好；在现场无任何剪力墙钢筋绑扎和模板安装，且构件质量轻，吊装、运输方便，竖向组合壳构件全装配、全现浇，兼具装配式建造工艺和现浇混凝土结构的优势。
32.实施例2如图1所示，本发明提供了一种装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构设计，其用于设计装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构，基于bim建筑信息模型进行设计，包括以下步骤：步骤s1、如图2所示，绘制现浇混凝土剪力墙结构的初步设计图纸，确定开间尺寸、洞口位置以及层高；步骤s2、如图3所示，对步骤s1的初步设计图纸进行结构整体分析，完成结构施工图，确定混凝土剪力墙结构的截面与配筋；确定剪力墙与梁的位置、剪力墙边缘构件区域与非边缘构件区域；步骤s3、如图4所示，根据步骤s2的结构施工图，对混凝土剪力墙结构进行结构拆分，拆分成多种不同样式的组合壳构件，且组合壳构件之间在平面上为密拼方式；组合壳构件包括直线式组合壳构件（zq01-zq06）、t形组合壳构件（tq01-tq02）、l形组合壳构件（lq01-lq04）、组合壳梁构件（l01-l07）等；步骤s4、校核步骤s3拆分的各个组合壳构件之间钢筋搭接是否满足设计要求，如满足要求，则继续执行步骤s5；如不满足要求，则返回至步骤s2，对步骤s2的结构施工图进行优化，重新设计，再依次执行步骤s3和步骤s4；本实施例的各个组合壳构件之间钢筋搭接满足要求；步骤s5、步骤s4的钢筋校核完成后，设计组合壳构件，包括钢筋骨架、模壳、对拉连接件以及预埋件的设计。
33.实施例1的直线式组合壳构件、t形组合壳构件以及l形组合壳构件的结构构成如图5、图6以及图7所示。
34.可选的，在一种可能的实施方式中，步骤s2中的结构整体分析考虑模壳重量，具体包括以下步骤：步骤s2.1、计算模壳体积；步骤s2.2、换算模壳重量；步骤s2.3、校核结构自重，核算基础承载力是否仍符合设计要求；不符合要求的，调整基础设计，并重新校核模壳重量；结构整体分析过程中充分考虑模壳重量的影响，实现根据模壳重量核算装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构自重，保障后续运输、拼接等工序的顺利进行。
35.如图8和图9示出了实施例1通过直线式组合壳构件、t形组合壳构件、l形组合壳构件、组合壳梁构件等，对装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构进行拆分；拆分原则如下：按照剪力墙与梁的位置，在梁与剪力墙的接缝处拆分组合壳剪力墙构件和组合壳梁构件，且相邻组合壳剪力墙构件的接缝位于非边缘构件区域，进而有效保障结构的整体强度；另外相邻组合壳构件间的钢筋采用搭接连接，钢筋骨架设计与现浇混凝土剪力墙结构钢筋排布方式一致，搭接长度l
le
不应小于1.2l
ae
，图中构件a剪力墙水平分布钢筋4与构件b剪力墙水平分布钢筋5搭接连接，构件a与构件b之间形成密拼接缝7，竖向均匀布设的是剪力墙竖向分布钢筋5。
36.如图10所示、根据吊装、运输、混凝土浇筑以及耐久性等工况，确定模壳厚度20mm，对拉连接件的间距400mm。
37.进行预埋件设计，包括组合壳构件吊装点设计、组合壳构件临时支撑埋件设计。
38.交付直线式组合壳构件图纸zq01-zq6、t形组合壳构件图纸tq01-tq02、l形组合壳构件图纸lq01-lq4、组合壳梁构件图纸l01-l07，进而完成装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构设计。
39.实施例3本实施例提供了一种装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构设计，其用于设计装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构，基于bim建筑信息模型进行设计，具体包括以下步骤：步骤s1、如图11所示，绘制现浇混凝土剪力墙结构的初步设计图纸，确定开间尺寸、洞口位置以及层高；例如轴1/a位置，窗洞口尺寸分别为1.5m、0.7m；步骤s2、如图12所示，对步骤s1的初步设计图纸进行结构整体分析，确定结构施工图，完成混凝土剪力墙结构的截面与配筋；确定剪力墙与梁的位置、剪力墙边缘构件区域与非边缘构件区域；例如轴1/a位置，混凝土截面200mm，剪力墙长度1.2m，梁长度2.75m，其中剪力墙包括0.5m边缘构件、0.3m非边缘构件区域以及0.4m边缘构件区域；步骤s3、如图13所示，根据步骤s2的结构施工图，对混凝土剪力墙结构进行结构拆分，拆分成多种不同样式的组合壳构件，且组合壳构件之间在平面上为密拼方式；步骤s4、校核步骤s3拆分的各个组合壳构件之间钢筋搭接是否满足设计要求，如满足要求，则继续执行步骤s5；如不满足要求，则返回至步骤s1，对步骤s1的结构施工图进行优化，重新设计，再依次执行步骤s2、步骤s3以及步骤s4；本实施例将混凝土剪力墙结构拆分为lq01-lq15、tq01-tq03、zq01-zq14，其中，lq03与zq04之间、lq03与zq03之间钢筋搭接不满足要求，需调整平立面布局，适应装配式组合壳构件的设计规则，因此本阶段完成除lq03、zq04与zq05外的组合壳墙构件设计。
40.如图14所示：平立面布局优化设计：结合组合壳构件的排布，修改洞口位置；例如轴1/a位置，根据组合壳构件初设的结果，窗洞口尺寸需调整为1.4m、0.6m，为增加剪力墙长度创造条件。
41.如图15所示：优化设计装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构的截面与配筋；根据调整后的洞口位置，修改截面与配筋；根据模壳重量核算装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构自重；例如轴1/a位置，混凝土截面200mm，剪力墙长度修改为1.3m，梁长度2.65m，其中剪力墙由0.5m边缘构件、0.4m非边缘构件区域、0.4m边缘构件区域组成。
42.如图16所示：将剪力墙拆分为lq01-lq15、tq01-tq03、zq01-zq14，其中，lq03与zq04之间、lq03与zq03之间由于装配式组合壳体系设计优化了平立面设计及截面与配筋，组合壳构件间的钢筋搭接满足要求，组合壳构件设计完成。
43.如图17所示：将梁拆分为kl01-kl35，其中kl01长度确定为2650mm，本阶段完成所有组合壳梁构件设计。
44.如图18所示：将板拆分为lb01-lb32，本阶段完成lb01-lb32的组合壳楼承板构件设计。
45.步骤s5、步骤s4的钢筋校核完成后，设计组合壳构件，包括钢筋骨架、模壳、对拉连
接件以及预埋件的设计。
46.交付直线式组合壳构件图纸zq01-zq14、t形组合壳构件图纸tq01-tq03、l形组合壳构件图纸lq01-lq15、组合壳梁构件图纸kl01-kl35以及组合壳楼承板构件图纸lb01-kl32，完成装配密拼模壳体系混凝土剪力墙结构设计。
47.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。