預制裝配式框架結構抗震性能分析

戴春嬌，王 穎

建筑結構安徽省普通高校重點實驗室（安徽新華學院），安徽 合肥 230088

0 引言

預制裝配式結構是現階段國家大力推廣發展的建筑類型，在建造方式、節能環保等方面明顯優于傳統的現澆建筑，可以做到合理利用資源，保護生態自然環境。由于裝配式建筑結構形式的復雜多樣，在地震作用下的安全問題，也應該引起重視。預制裝配式框架結構破壞嚴重的主要原因之一是預制構件間的連接破壞，這種破壞會造成整個框架結構的離析、破碎。通過研究分析預制裝配式框架結構抗震性能的薄弱點，提出提高預制裝配式框架結構抗震性能的合理措施，保證結構的安全性。研究成果對促進預制裝配式結構可持續發展，加快產業化進程具有重要的意義。

1 預制裝配式框架結構可持續發展的因素

1990 年開始，我國已經開始大量引進裝配式大板預制構件設計施工技術，并建立了一系列與之對應的規范。后繼因為其他原因，裝配式建筑發展緩慢甚至停滯不前。21 世紀后，國家開始重視現澆結構所帶來的危害，例如勞動力短缺和環境污染，鼓勵建筑行業綠色裝配式技術發展，并推出了很多政策鼓勵發展預制裝配式的建筑結構。預制裝配式框架結構可以實現系統化、標準化的設計［1］。預制構部件的質量、品質優秀、節約能源并且完工的速度快，可以解決未來勞動力資源短缺。預制裝配式框架結構因具有很好的優勢而被大力推廣［2］。如圖1 所示。

圖1 裝配式框架結構特色優勢

2 裝配式框架結構抗震性能特點

預制裝配式框架結構節點連接的可靠性，是分析該類型結構抗震研究的關鍵問題，20 世紀以來，各國研究學者做了一系列關于預制梁柱節點的研究試驗，試驗涉及預制裝配式框架結構的經濟成本、加工及施工工藝、抗震性能等多方面［3］。試驗通常是將現澆的拼接節點和預制的節點進行抗震性能對比研究。通過分析實驗結果，可知節點的承載力、剛度、延性耗能能力等決定著結構抗震的強弱［4］。節點構件的連接方式決定節點延性能力，節點的性能關乎著整個結構的承載力、抗震性能、結構剛度等，預制裝配式框架結構的節點連接位置主要在柱-柱、梁-柱、疊合梁部位［5］，節點構件的連接方式對結構抗震性能有著關鍵的影響力。

3 節點易破壞的原因

預制裝配式框架結構作為多高層建筑的主要類型，隨著國家的積極推廣，其應用越來越廣泛，但該類型的結構在地震作用下易出現建筑物大面積損害甚至造成建筑物的倒塌，抗震性能整體較差。在地震作用下，預制裝配式框架結構節點位置承受的水平剪力為柱子剪力的4～6 倍，易產生剪切脆性的破壞后果，預制裝配式框架結構的節點強度、剛度及耗能能力會減弱，因此預制裝配式框架結構的節點在地震中的破壞最嚴重，其抗震性能的薄弱問題在于節點。在地震作用下構件的兩端會出現塑性鉸，塑性鉸會造成預制結構節點破壞和結構的整體倒塌，對于地震后的修復工作開展也極其困難，且塑性鉸會在梁端不斷的加大，鋼筋屈服量也不斷增大，結構剛度越來越低。

4 地震效應對比分析

對比分析預制裝配式框架結構在多遇及罕遇地震作用下的抗震性能，分析結果如下表1 所示：

表1 抗震性能分析結果對比表

5 合理的消能減震措施

預制裝配式框架結構的抗震性能可以通過設置減震裝置來改善，例如在結構中設置阻尼器，或設置隔震層在其中間。阻尼器增加了結構阻尼，使結構層間位移減小。國內外學者在消能減震領域已經取得了很多的研究成果，國內有學者研究提出預制裝配式混凝土框架結構與扇形鉛粘彈性阻尼器結合在一起，形成一種新型預制裝配式消能減震的結構體系，通過粘彈性阻尼器的往復剪切變形來滯回耗能，此種消能減震結構體系具有很好的耗能減震的效果［6］。預制裝配式框架結構可以通過設計使阻尼器的面內屈服剛度小于預制梁構件的剛度，而其強度卻和預制梁構件一樣，使其能滿足預制裝配式框架結構承載力要求和正常使用要求。在遭遇低于本地區設防烈度的多遇地震作用時，結構剛度由阻尼器提供，從而結構的地震反應減小［7］。在遭遇高于本地區抗震設防烈度預估的罕遇地震作用時，預制裝配式框架結構構件彎曲變形，從而帶動阻尼器轉動產生變形，使阻尼器發生塑性變形，能滿足預制裝配式框架結構可靠性的要求，消耗傳入結構的地震能量，減弱地震產生的危害，從而能夠避免主體結構的破壞。除了消能器外，還可采用設置耗能支撐、隔震支座、消能柱等消能減震措施。

6 結論與討論

預制裝配式框架結構近年來發展迅速，因其設計具有系統性、標準化、并且施工速度快、構部件質量好，可以解決未來勞動力資源短缺、節約能源問題。但缺點是該類型的結構其抗震性能比較差。通過對比分析其在多遇及罕遇地震作用下的抗震性能，可知罕遇地震的地震效應遠大于多遇地震，其節點在地震作用下通常承受較大的水平剪力，構件的兩端容易出現塑性鉸，節點區易出現混凝土保護層壓碎、鋼筋屈曲現象，塑性鉸會造成預制結構節點破壞、甚至是結構的整體倒塌。為了提高預制裝配式框架結構的整體抗震性能，通常可以采取在結構中設置耗能減震的裝置，例如阻尼器，防屈曲耗能支撐、基礎隔震支座等，用來耗散地震能量降低主體結構的地震反應，從而達到很好的消能減震效果。