簡(jiǎn)易裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)研究

牟 星

（東莞理工學(xué)院城市學(xué)院）

引言

裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)是一種工業(yè)化程度較高建筑結(jié)構(gòu)體系，主要優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行商品化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)施工效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，自重較輕，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與變形能力均比混合結(jié)構(gòu)好[1]。裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能的研究是裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的重要保證。如何提高該類(lèi)結(jié)構(gòu)的抗震性能，有待于進(jìn)一步研究。[2]本文在參考文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)以普通預(yù)制裝配式鋼筋混凝土剪力墻為上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)研究。

1 國(guó)內(nèi)裝配式建筑的應(yīng)用現(xiàn)狀

裝配式建筑在我國(guó)應(yīng)用廣泛，國(guó)家正大力推動(dòng)建筑節(jié)能，國(guó)務(wù)院在《綠色建筑行動(dòng)方案》文件中提出，要大力推動(dòng)建筑產(chǎn)業(yè)化，通過(guò)“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理，智能化應(yīng)用”[3]。

設(shè)計(jì)階段，裝配式建筑通過(guò)保證建筑構(gòu)件的尺寸和強(qiáng)度等，使結(jié)構(gòu)滿足安全性和耐久性。近年來(lái)BIM信息化技術(shù)的應(yīng)用增強(qiáng)了設(shè)計(jì)階段對(duì)建筑全壽命周期影響和控制，有利于裝配式建筑結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化和工業(yè)化。

施工階段，裝配式建筑50%以上的工作在工廠內(nèi)完成，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化模具生產(chǎn)出墻柱梁板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格后，運(yùn)輸至施工場(chǎng)地，完成現(xiàn)場(chǎng)的吊裝和安裝。在現(xiàn)場(chǎng)可以減少濕作業(yè)，加快施工進(jìn)度，節(jié)省施工工期。

我國(guó)建筑工業(yè)化，標(biāo)準(zhǔn)化、程序化程度較低，施工安裝中效率較低，導(dǎo)致裝配式建筑的經(jīng)濟(jì)效益偏低。裝配式建筑規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化研究有待加強(qiáng)。

2 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用與研究進(jìn)展

預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)較早的形式為預(yù)制裝配式鋼筋混凝土墻板結(jié)構(gòu)，20世紀(jì)60年代裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系在歐洲及北美得到迅速發(fā)展，隨后被中國(guó)引進(jìn)，然而由于預(yù)制裝配式大板結(jié)構(gòu)體系在地震中表現(xiàn)不佳，裝配式建筑的整體性和抗震性能有待進(jìn)一步研究提高。20世紀(jì)90年代，美國(guó)和日本的預(yù)制混凝土抗震性能研究項(xiàng)目，共同提出了無(wú)粘結(jié)后張拉預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系簡(jiǎn)稱(chēng)UPPCW結(jié)構(gòu)[2]。朱張峰等[4]對(duì)全預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)（NPC體系）節(jié)點(diǎn)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究和有限元分析，潘陵娣等[5]進(jìn)行了預(yù)制疊合板式剪力墻的擬靜力試驗(yàn)研究和非線性有限元分析。

3 基礎(chǔ)隔震裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)流程

裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，有很好的承載能力，而且有很好的整體性和空間作用，其剛度和強(qiáng)度較平面裝配式剪力墻高可承受較大的水平荷載。本文的模型為筒體裝配式剪力墻模型。

常規(guī)裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則包括：

（1）裝配式剪力墻的布置，沿建筑物的主要軸線雙向布置，避免僅單向有墻的結(jié)構(gòu)布置形式，并宜使兩個(gè)方向抗側(cè)剛度接近。

（2）裝配式剪力墻應(yīng)盡量拉通對(duì)直，以增加抗震能力，門(mén)窗洞口上下各層對(duì)齊，形成明確的墻肢和連梁，使受力明確，計(jì)算簡(jiǎn)單。

基礎(chǔ)隔震裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)由于在地震中的安全性高于普通抗震設(shè)計(jì)，所以在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上可以適當(dāng)放寬，更有利于提高建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益，隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則有：

（1）“以柔克剛”的原則，即在某些隔震設(shè)計(jì)中為滿足隔震設(shè)計(jì)的需求會(huì)對(duì)上部裝配式剪力墻進(jìn)行調(diào)整和刪減，具體按實(shí)際工程需求而定。

（2）位移控制原則，裝配式剪力墻隔震結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)在地震力下位移較大，應(yīng)控制結(jié)構(gòu)的位移不超限。

（3）隔震布置。隔震裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的隔震層設(shè)計(jì)，由于上部結(jié)構(gòu)裝配式剪力墻位置剛度較大，承擔(dān)力較大，所以轉(zhuǎn)換層轉(zhuǎn)換梁截面比較大。如不合理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層容易增加工程造價(jià)。為避免隔震層轉(zhuǎn)換梁截面過(guò)大，控制隔震支座的間距，保持合適的間距。隔震支座的布置必須盡量簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱(chēng)、整齊，以減小上部結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)和位移。鉛芯橡膠支座與非鉛芯橡膠支座配合使用，根據(jù)屈重比和風(fēng)壓等初步確定鉛芯橡膠支座的總數(shù)，然后根據(jù)柱底軸壓確定支座的直徑。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，隔震后容易引起局部的扭轉(zhuǎn)超限，此時(shí)，應(yīng)該調(diào)整上部結(jié)構(gòu)的裝配式剪力墻，通過(guò)開(kāi)洞或者調(diào)整裝配式剪力墻位置來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)。裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)基本步驟可以概括為：

①根據(jù)建筑平面設(shè)計(jì)圖確定裝配式剪力墻的布置布置方案，為保證隔震支座的受力均勻，裝配式剪力墻應(yīng)該盡量分散、對(duì)稱(chēng)布置。

②裝配式剪力墻的數(shù)量確定后，根據(jù)結(jié)構(gòu)整體的剛度確定裝配式剪力墻的厚度以及開(kāi)洞率。

③通過(guò)建立PKPM的模型，用SATWE對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，驗(yàn)算構(gòu)件的配筋率，層位移等。調(diào)整墻的布置方案。

④由調(diào)整后的布置方案確定上部結(jié)構(gòu)的PKPM模型。

⑤添加隔震層后計(jì)算分析并確定隔震層的柱、梁截面。

⑥根據(jù)添加隔震層后的PKPM模型建立ETABS模型并對(duì)比兩個(gè)模型的質(zhì)量、周期、地震力，保證模型誤差在可用范圍內(nèi)。

⑦選取地震波，按照建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范選取7條地震波。

⑧輸入地震波，分別建立小震、中震和大震的模型進(jìn)行時(shí)程分析，將得到的減震系數(shù)等數(shù)據(jù)反饋回PKPM模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和配筋等。

4 結(jié)語(yǔ)

介紹了裝配式建筑的研究現(xiàn)狀，闡述了鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)常規(guī)抗震設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思路，總結(jié)了預(yù)制裝配式鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，詳細(xì)歸納了裝配式鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震的設(shè)計(jì)步驟，現(xiàn)總結(jié)如下：

（1）預(yù)制裝配式建筑的應(yīng)用源自歐美，在我國(guó)的應(yīng)用前景很廣，尤其在民用建筑領(lǐng)域得到了大力推廣。

（2）預(yù)制裝配式鋼筋混剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性較差，采用常規(guī)抗震設(shè)計(jì)時(shí)抗震效果較差，宜采用基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)，以減小地震水平作用力。

（3）合理布置隔震支座，選擇支座參數(shù)是預(yù)制裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。