裝配整體式與現澆剪力墻結構抗震性能對比分析

金萬祥

（甘肅金橋水科技（集團）有限公司，甘肅 蘭州 730000）

裝配式建筑由于其采用工廠化、模塊化生產，在施工現場僅需要完成相應的安裝工程，對于縮短工程周期、提高工程質量、保護施工環境等具有多方面意義。然而，在與傳統混凝土現澆剪力墻相比的過程中，感官上存在很大的質量差距。部分施工團體并沒有對裝配式建筑產生足夠的信任。而在應用的過程中確定其抗震性能也是下一步形成良好施工規范的重要基礎。為此，本文將其與傳統現澆混凝土剪力墻進行比較，為具體應用提供抗震性領域的重要指標，希望能夠為后續的應用提供必要基礎。

1 實驗方式

為了更為直觀的對裝配整體式剪力墻與混凝土現澆剪力墻進行有效的性能對比。本文采用了抗震實驗平臺等比例建設的方式形成有效的實驗對象物料搭建，并在平臺上同時施加不同水平的震級能量，通過對其效果與相關參數的觀察來得到所需的結論性數據。

在具體的實驗過程中，由于受到抗震模型與實驗成本等限制，實驗采用了1：5 比例模型的方式來進行構筑，嚴格按照相關建筑的設計圖紙與質量要求進行等比例縮小。構建后的建筑模型為12 層，總高度為36m（不含地下結構），地基尺寸為9*9m2。根據現有的研究經驗，在1:5 模型下開展震動實驗，其各項指標存在一定的削減，有效的削減系數按照白國良等人在2018年提出的平臺實驗理論分別確定如下：應力系數、彈性模量系數、長度、均取0.2，加速度、重力加速度均取1，阻尼比系數為0.018，質量系數為0.008，時間系數為0.5。

在具體的模型搭建過程中，將現澆混凝土結構剪力墻建筑定義為對照組，其構建方式與傳統現澆剪力墻構建方式、流程及物料相同。將裝配整體式剪力墻構建作為實驗組，采用紅星建筑有限公司所提供的等比例縮小裝配整體式剪力墻進行現場組裝。上述兩個等比例縮小建筑直接構筑在振動臺上，并對不同量級上的震動進行模擬。按照行業實驗規范，振動臺的震動模擬分為X,Y 及NS 三條橫向振動波交替加載的方式來進行，交替時間為1：1：1，交替循環為3 次，每次持續時間30s，振動臺與實際地質運動的波峰強度比值為1：0.60。由于上述實驗模型均在同一振動臺上進行構筑，二者在接受震動時沒有差異。

2 實驗結果

在實驗結果的分析上本實驗采用了宏觀現象及微觀數據兩種方式對裝配方式及現澆方式的剪力墻抗震性能進行對比，具體結果如下：

在宏觀方面發現在高震度、長時間的實驗條件下，兩種構建方式剪力墻均出現了肉眼可見的裂縫。為了對比二者的差異，本實驗主要選取了裂縫發展進程、裂縫分布、裂縫形態三個維度指標。在裂縫發展過程方面。在輕微震動的情況下，二者均為出現裂縫，隨著震度的增加二者幾乎同時產生裂縫，其裂縫產生的時間點出現在8 度震度的情況下。其中裝配式剪力墻的裂縫從2 層到3 層的連接處首先出現，氣候沿著垂直方向向上發展。現澆結構則在各層的連梁部分先后出現了裂縫，最終以裂縫延伸的方式貫通。在對比上層建筑（9 層以上）時發現現澆剪力墻的裂縫密度顯然更高。在裂縫分布上發現，裝配式裂縫出現較為均勻，除了9層以上分布相對較少之外，其剪力墻裂縫基本呈現出逐層增加的基本態勢。而現澆建筑則表現出極大的不同，其裂縫的高密度點出現在4-7 層的范圍內，并向上向下同時延伸遞減。值得注意的是在下層裂縫分布上，現澆建筑顯著的裂縫密度顯著低于裝配式結構建筑，在裂縫形態上二者也出現了顯著的差異。裝配式結構中裂縫多以橫向裂縫為主，不同樓層之間沒有聯合，即裂縫并未對裝配式建筑剪力墻的整體結構造成破壞。而現澆模式下裂縫多以“X”形態出現，層級間的裂縫出現明顯的聯合，在裂縫高密度區域出現了漏筋現象。

在微觀層面上，主要通過部分動力學特性對其抗震性內進行進一步的機理討論。本實驗選擇了自振頻率、阻尼比兩個指標對其動力特性進行分析，并用最大樓層剪力與基地剪力對其抗震性能進行描述。通過實驗發現，在動力學特性中的自振頻率方面二者基本表現相同。而自振頻率是放大地震帶來危害的基本條件，二者相同的表現說明在自振體系下兩種施工方式對于建筑的抗震性影響不大。而在阻尼比上則顯現出較為明顯的差異。二者的阻尼比起點與終點相類似。但是其抗震階段呈現出明顯的不同。其中現澆剪力墻在初始階段，即震度在0-3 的階段其阻尼比下降較低，而到了3 到8 的過程中幾乎呈現出梯度下降的趨勢。而裝配式剪力墻的下降高峰則出現在0-1 的震度水平下，此后從1-5 震度上的阻尼比下降并不明顯。此后在達到8 度的明顯裂縫震度前呈現出梯度下降的趨勢。值得注意的是由于0-1 階段的大幅下降，其在后續的明顯下降階段的下降斜率也明顯低于現澆剪力墻。在抗震性方面則用最大樓層與基底剪力作為具體的表征指標。從實驗結果來看，裝配式剪力墻表現更好，其最大樓層剪力相對較低，基底剪力則相對較高。從這一特性來看，裝配式剪力墻對于一般震度的抗震性能更好，且由于其對于剪力墻自身的結構性破壞相對較小，這使得其無論是在后續的維修加固還是在震中的表現均比較理想。反觀現澆剪力墻則與裝配式表現相反，其更多的應力被最大樓層承擔，故而在裂縫的產生等方面表現不佳。值得注意的是最小傾覆力矩的測試中現澆剪力墻的指標更大，說明其在損毀的前提下需要更大的震動烈度，故而對于此種極端條件下的抗震性能而言表現更優。

3 實驗討論

通過上文的實驗不難發現裝配式剪力墻與現澆式剪力墻在抗震性能上各有千秋。并不是何種方式的抗震性能更好的問題。對其實驗結果進行總結不難發現，在相同的非傾覆震度條件下裝配式剪力墻能夠由基底承受更多的剪力，從而對于上層建筑的剪力墻起到一種保護性作用，而在震動條件下建筑所產生的唯一與損壞更為“溫和”。

而對于現澆剪力墻而言則是由高樓層承擔了更多的力矩，在同等條件下裂縫以及剪力墻的損毀更為嚴重。值得注意的是，剪力墻的損毀本身并不會對建筑造成嚴重的結構性損害。簡而言之建筑并不會因為剪力墻的損壞而產生傾覆或坍塌的嚴重事故，進而能夠在更為極端的情況下保護住戶的生命安全。

這一方面的實驗結論在白國良的相關研究中得到了證實。另一方面，在最小的傾覆力矩測試上也發現現澆式剪力墻對于傾覆力矩的承受能力更強，需要更高的烈度才能夠產生與裝配式剪力墻傾覆的同等效果。也就表示了在極端情況下現澆剪力墻的安全特性確實要高于裝配式剪力墻結構。為此本實驗認為討論此種極端情況對于裝配式整體剪力墻的應用并不具備科學的指導意義。

4 結果

本文采用震動實驗的方式對裝配式與現澆式剪力墻的抗震性能進行對比。發現前者在抗震緩沖以及結構力學特征保持上具有一定的優勢，二者則在吸能以及結構穩定性上存在優勢。希望通過本文的研究能夠為后續裝配式剪力墻的應用提供必要幫助，并對其在實際施工方式的選擇上提供另一種可能。