一種新型適用于RC 框架結構減震填充砌體構造的優化

黃慶

（中鐵十七局集團第二工程有限公司）

0 研究背景

在公共建筑的建造過程中，保證結構安全和抗震性能尤其重要，也是各參與方共同努力的主要目標。為滿足使用功能需求和外觀需求，并從節約成本角度出發，大量新建公共建筑選擇大開間純框架結構和輕質隔墻為主體結構。在框架結構施工過程中，填充墻作為一種起分割作用的建筑構件，通常在框架主體結構完成后進行填充墻砌筑等二次結構的施工，填充墻與框架結構的連接方式則成為影響框架結構整體抗震性能的主要因素。在近來來的數次地震中，大多數框架結構表現出良好的抗震性能，但填充墻、隔墻破壞嚴重，導致功能喪失，產生重大經濟損失乃至人員傷亡[1-2]。

根據近年來我國幾次強烈地震的災害結果顯示，輕質填充墻出現大量破壞，雖然作為非結構構件的填充墻破壞耗散了地震能量，保護了主體結構，但部分不合理的填充墻構造對主體結構抗震造成了不利影響[3]，同時在低烈度地區填充墻出現破壞會造成室內裝修及附屬設施的破壞，引起經濟損失進一步提高。

在輕質填充墻施工過程中選擇有效的構造措施，在滿足規范要求的同時提高填充墻體自身的抗震能力，降低填充墻的剛度效應與約束效應對框架主體結構及構件抗震性能的不利影響。

傳統的剛性連接砌體填充墻RC 框架結構在遭受中小地震作用后，容易出現大部分主體結構都保存完好或輕微損傷、而填充墻破壞較為嚴重的問題，學者提出墻-框三面脫開柔性連接構造[4]。在現行規范和圖集中，建議有抗震要求的填充墻砌體與鋼筋混凝土框架結構之間采用脫開連接方式，施工方式較為復雜，過程質量管控難度較大。周云教授等將耗能減震技術的原理移植于填充墻中，提出了一種新型減震墻體的構造與原理[5]。為方便操作，提高質量，在已有研究成果的基礎上，結合蒸壓加氣混凝土砌塊，對施工工藝進行改進，擬用于鋼筋混凝土框架結構的大型公共建筑填充墻砌筑。

1 減震填充砌體原理

引用周云教授等研究成果，將加氣混凝土塊填充砌體分隔為3～4 個水平分區，見圖1，各分區之間設置減震層。每個抗震分區左右交叉與相鄰混凝土框架柱單側剛性連接，另一側與框架柱間預留不小于2cm 縫隙。在地震發生時，相鄰分區之間產生滑移，達到消耗地震能量、減小不利反應、保護墻體的目的。同時，各分區按規范要求設置通長拉結筋可有效提高抗拉能力，避免受拉破壞。

圖1 減震填充砌體水平分區構造簡圖

2 減震填充砌體構造要求

在周云教授文中，相關試驗使用防水卷材與砌塊粘結方式，在實際施工作業中，砌體頂面、底面較為粗糙，平整度不高，不能全面達到試驗室作業水平，不利于施工粘貼，且在減震層滑動過程中容易造成凹凸處擠壓，造成局部破壞。為保證減震層進行有效滑動，減震層采用上下各一層4mm 厚帶保護層自粘SBS 防水卷材，選用600 ㎏/m3加氣混凝土材料預制120mm×200mm×(1200～1800)mm 優等加氣塊，每米重14.4㎏，利于現場作業，若砌體結構長度＜4m 可整塊預制，見圖2。

每個抗震分區左右交叉與相鄰混凝土框架柱單側剛性連接，另一側與框架柱間預留≥20mm 縫隙，縫隙采用阻燃高密度擠塑聚苯板填充，采用專用含膠聚合物砂漿與框架柱和砌體進行粘結，見圖2。

圖2 減震層及側面柔性連接詳圖

3 試做工藝

為進一步了解施工過程中的困難，更好地改進工藝，選擇一處地下室備用庫房區隔墻做為試做場地，該處框架柱間凈距4200mm，梁下凈高3600mm。加氣混凝土砌塊為加筋優等600 ㎏/m3，尺寸為寬200mm×高250mm×長600mm，加氣混凝土材料預制寬200mm×高120mm×長1200mm（1800mm）兩種長塊。

按照減震分區理論，將填充墻分為三塊減震分區，為便利施工，在均分原則上按照材料模數進行一定調整。在預排布過程中，各砌塊及灰縫總高度超出凈空40mm。此次將兩道抗震層下方的砌筑長塊改為現澆100mm 厚細石混凝土層，在將來推廣中，預制長塊可結合工程實際制作加工。經過調整，從下往上劃分為1160mm、1270mm、1150mm，梁底留設20mm 做柔性連接構造。為加強填充墻體整體性和抗平面外變形，按照砌體抗震構造要求設置通長拉結筋，在抗震區加長砌塊上下緊鄰灰縫增設拉結筋進行局部加密，見圖3。

圖3 減震層及側面柔性連接詳圖

在學者的新型減震墻體的構造原理中，為避免減震墻在抗震工作時，抗震分區脫開一側拉結筋與鋼筋混凝土框架柱相互作用的不利影響，將該處的拉結筋設置為一小段弧形鋼筋。為利于施工，此處改為45°折彎處理，見圖4。

圖4 脫開處拉結筋折彎處理示意圖

同時，為提高填充墻在平面外穩定性和抵抗地震作用時抗側向不利影響能力，在脫開區按拉結筋間距設置內向U 型卡件“夾”住砌體[6]，為提高U 型卡件強度，在參考《砌體填充墻結構構造》中相類似的卡件材料和要求[7]，將L 型卡件沿墻面伸出端適當延長20～40mm，并在U 轉角處增設40mm 邊長的三角形加強肋（見圖5），鋼材適度增厚至6mm，寬度調整為40mm。

圖5 U 型卡件布置示意圖

在最上面的抗震分區頂部與梁底有20mm 間隙，在砌體完成7 天后采用聚氨醋發泡材料充填，并與柱側脫開區一道采用硅酮耐候膠或其他彈性密封材料封縫。同樣，為了提高填充墻在平面外穩定性和抵抗地震作用時抗側向不利影響能力，參考圖集要求，在梁下方布置非加強型U 型卡件。

經過試做，在周云教授等人提出的新型新型減震墻體構造基礎上對施工工藝和擠出構造提出幾項優化建議：

⑴抗震減震分區選擇和設置上結合建筑材料進行排布，在等分原則上進行一定范圍的調整，滿足材料模數，利于施工作業。

⑵在減震層上下設置預制加氣混凝土長塊，更好地保障減震層在抗震工作時進行相對滑動，同時利于鋪貼自粘型SBS 卷材。

⑶在最上面的抗震分區頂部增設U 型卡件，增強砌體頂部平面外穩定性。

⑷在融入正常項目建設中，需配合后期建筑裝飾及安裝工程進行細化策劃，將抗震分區與飾面塊材、涂料分割等相結合進行規劃布置，減少正常工作狀態中出現飾面開裂等不利影響，降低抗震工作后修繕難度。

4 結束語

周云教授等人提出的新型減震墻體構造較常規剛性連接填充墻增加了施工工序，但較其他一些學者提出的剛性連接抗震構造施工更為便利，經過改進后施工難度進一步降低，對過程質量管控更為有利。

受限于對學者成果的理解深度和筆者的環境條件，未能進一步展開試做和研究，此次僅限于不需要設置構造柱、構造梁、無門窗洞口的填充墻進行試做。在改進過程中，增加了通長拉結筋的密度，較常規抗震構造增加了數道U 型卡件，施工成本有所增加。在后續的研究中將在以下幾個方面改進該試做工藝，并邀請建筑結構抗震研究學者進行模擬計算：對柱側脫開區設置的拉結筋折彎構造，利用Q235 鋼筋自身物理特性來實現；更合理、更少地分布U 型卡件，保障填充墻體平面外穩定性和抵抗地震作用時抗側向不利影響能力；在按照抗震分區后進行抹灰和飾面裝飾的相關施工工藝。在進一步成熟后進行多種情況的破壞性試驗，進一步推進工藝優化，促進填充墻抗震能力的提高，進而提高結構安全性和抵抗地震的能力。