卫生间作为民用建筑中最复杂的一部分结构，不仅工序繁多、耗时费力，而且容易出现渗水、漏水等质量问题，会对生活起居、安全、卫生等带来极大困扰 ^[1]。而随着国家大力推动装配式建筑 ^[2,3,4]的发展，预制一体化卫生间因具有标准化、产业化、低碳环保、施工便捷等优点，逐渐成为研究热点。

　　 李文藻等 ^[5]结合建筑工业化有关理念，设计了装配式盒子卫生间;高颖 ^[6]根据住宅产业化相关要求，对整体卫生间设计中的关键技术进行研究;刘新伟等 ^[7]、柏万林等 ^[8]则对预制卫生间的制作、装修、安装等施工技术进行初步探讨;刘美霞等 ^[9]通过分析，认为预制卫生间在节能减排方面效益显著。这些研究很好地推动了预制卫生间的发展，但现有预制卫生间多存在与主体结构连接复杂、与建筑墙体不共轴、需现场二次装饰等问题，不仅影响施工质量与进度，还会造成污染和材料浪费，行业接受度较低。

　　 针对预制卫生间存在的问题，基于全国装配式建筑创新基地与BIM技术，研发了共轴承插型预制一体化卫生间 ^[10]，即在工厂标准化生产后将其运送至现场，采用吊装方式插入楼板预留洞口内完成安装，彻底改变了传统卫生间需现场浇筑、二次装修而存在的诸多技术难题，施工效率高、质量可靠，还可有效保证卫生间的空间使用率。

　　 在现场安装该预制卫生间时，需确保建筑主体结构的承托体系能满足承载力和正常使用要求，并具有较好的经济性。为此，本文结合现场实际情况，通过1∶1模型试验，研究主体结构承托体系各部分的受力变形情况，以确定其最小养护龄期和混凝土最低强度，验证承托体系的合理性与可行性，为相关设计、研究及现场应用提供一定指导和依据。

　　 共轴承插型预制一体化卫生间由四周侧壁和底板形成一个整体结构，其侧壁与房间隔墙重合共轴，替代了传统卫生间的砖砌隔墙，安装时直接插入并搁置在楼面预留洞口四周的凹口梁和剪力墙挑耳上，类似于企口构造，形成共轴、承插的技术特点。本层卫生间安装完成后，其侧壁可作为上一层结构的凹口梁和剪力墙挑耳的底模，其吊钩可作为构造连接件埋入上一层混凝土结构中。图1为主体结构承托体系设计，其中，混凝土强度等级为C30，钢筋均为HRB400。

　　 根据设计按1∶1浇筑制作试件，并布置监测设备，测试该承托体系各部分受力变形情况。

　　 1)位移计与百分表布置为测试挑耳与钢筋混凝土梁的挠度，在试件挑耳中部与钢筋混凝土梁中部、两端布置D1～D6 6个位移计;为监测支座位移，在试件底座外侧布置B1～B5 5个百分表，如图2所示。

　　 2)钢筋应变片布置在挑耳中的1,2号钢筋上，沿其轴线分别在跨中及两端布置应变片;在挑耳下端及墙身中部剪力墙受力钢筋上，沿其轴线分别在墙身中部及两端布置应变片;在试件钢筋混凝土梁上、下部各2根纵筋的跨中及端部布置应变片，间距为1 300mm。

　　 3)混凝土应变片布置为更加准确、直观地了解剪力墙、挑耳及梁上混凝土受力状态，结合结构受力情况，在剪力墙中上部主要受弯区域、挑耳下部和梁受压拉区域布置35个应变片，如图3所示。

　　 依据GB/T 50152—2012《混凝土结构试验方法标准》 ^[11]进行加载，将设计总荷载110kN分成11级，由2个千斤顶同时加载，每级各5kN，逐级加载。

　　 单元楼施工通常4d完成1层，故在试件养护4d后进行加载试验，研究其能否满足设计要求，以确定现场最小养护龄期和混凝土最低强度。表1为试件混凝土在3,4,7d时的抗压强度和弹性模量。

　　 加载时，为使千斤顶的集中力均匀传递至剪力墙挑耳和凹口梁上，专门设计了一种加载装置，该装置由分配梁、钢球铰、钢垫板组成。采用6根工字钢搭接形成二级分配加载系统，每根分配梁梁端底部放置钢球铰;第三级分配梁采用30mm厚钢板进行力的分配，两端放置在刚性垫板上;3片剪力墙挑耳及混凝土梁预留平台上预先放置4I22a四级分配梁，一、二、三级分配梁放置在4根工字型四级分配梁上，并通过螺栓相连，如图4所示。

　　 1)支座位移随荷载逐级施加，各测点读数如图5所示。由图5可知，支座最大位移发生在梁端锚固区下部，约为0.041mm，其他测点最大位移≤0.015mm，即整体结构未发生明显沉降变形。

　　 2)挑耳与混凝土梁变形量随荷载逐级施加，各测点变形量如图6所示。由图6可知，卫生间挑耳变形量始终保持稳定，最大值≤0.03mm;钢筋混凝土梁变形量大于挑耳，且随加载不断增加，跨中最大变形量约0.12mm，挠度为0.43。约为两端的2倍。

　　 3)钢筋应变试件在梁、剪力墙及挑耳上共布置46个钢筋应变片，由于数目较多，且挑耳钢筋应变一般≤3με，故从试件东、南、北侧剪力墙和西侧梁上各选择1组最大值进行分析，如图7所示。钢筋最大应变发生在南侧剪力墙梁端锚固区域，约28.9με。

　　 4)混凝土应变试验结果显示，挑耳混凝土最大应变≤5με，为便于分析，从东、南、北侧剪力墙和西侧梁上各选择1组最大值进行分析，如图8所示。可知，试件混凝土应变值高于钢筋，但总体仍较低，南侧剪力墙梁端锚固处混凝土变形量依然最大，接近60με。

　　 5)试件开裂情况为方便观察构件裂缝产生及发展情况，将试件刷上白色墙漆，并在水平和竖向每隔5cm弹线。试验过程中，随着荷载逐级加载至110kN，剪力墙、梁及挑耳均未发现有裂缝产生;同时，在设计荷载持续作用下，将试件养护至28d的过程中，也未发现产生明显裂缝，如图9所示。

　　 2018年12月，在建工·象山国际一期项目7栋住宅建筑中安装416个共轴承插型预制一体化卫生间，后期持续监测显示，主体结构承托体系变形情况与试验结果基本一致。同时，该预制卫生间有效解决了传统设计、施工中的各类难题，实现了结构、管线、保温、装饰四位一体化，质量可靠，得到了各方好评，取得了良好的经济和社会效益。

　　 根据市场调研结果，共设计8种不同档次、不同风格的共轴承插型预制一体化卫生间，在各类装配式建筑特别是精装房中有着广阔的应用前景。

　　 1)龄期4d时混凝土强度约为18.68MPa，加载至设计荷载110kN时，试件未发生损伤，钢筋和混凝土的应变总体较小，仍处于弹性阶段，即试件在龄期4d时的强度能满足承载力设计要求。

　　 2)试验中，挑耳变形量约为0.03mm，梁变形量随荷载增加而增加，最大值约为0.12mm，挠度为0.43，位于跨中，可满足刚度要求。

　　 3)在设计荷载作用下，试件在龄期4～28d中始终未出现明显裂缝，可满足正常使用要求。

　　 4)承托体系混凝土梁锚固段受力相对较大，应通过构造措施确保其满足设计、施工要求;现场吊装时由于起落高度很大，应确保各项操作缓慢平稳，避免产生冲击荷载而造成结构或构件损伤。