不同地震作用下裝配式建筑結構選型與抗震性能分析

摘 要：為解決裝配式建筑抗震性能低的問題，對不同地震作用下裝配式建筑結構選型與抗震性能進行分析。通過裝配式建筑構件初步設計、裝配式接頭位置和剛度設計，提出兩種結構設計方案，對裝配式建筑項目基本情況進行分析。通過分析不同地震作用下的選型方案抗震性能，確定將方案2作為最佳方案。將方案2應用于裝配式建筑工程，可以提升建筑整體抗震性能。

關鍵詞：地震作用；裝配式；建筑選型

中圖分類號：TU 352" " " " 文獻標志碼：A

1 裝配式建筑項目基本情況

此次研究的建筑為裝配式、框剪結構和高層建筑，建筑概況見表1。

在此基礎上，對建筑的上部結構構件信息進行分析，相關內容見表2。

2 裝配式建筑結構設計

2.1 裝配式建筑構件初步設計

結合裝配式建筑項目基本情況，對其構件進行初步設計。建筑采用預制比例和拼裝比例適當的屋頂側墻預制—底板現澆體系，明確結構傳遞路徑，保障結構安全[1]。因此，根據堆垛式的特殊構造和實際工程經驗，對建筑的預制構造進行比較和劃分，共制定2種不同的裝配式建筑構件設計方案。

方案1：將上面板的厚度設置為650mm，中部的板設置為350mm，底板厚度設置為850mm，并且側壁厚度設置為800mm。節點應該設置在彎矩低處[2]。在確保中墻整體性的前提下，在中墻處設置頂板和中板。邊墻、頂板和底板的接縫處采用榫槽法，并輔以灌漿補強。采用螺栓連接中間板結構，通過凸凹槽和螺栓在縱向方向上將結構整體組裝起來。針對方案1，對其構件情況進行統計，見表3。

上述設計的方案優勢如下：樓板連接布置在彎矩幾乎為0的位置，不會對結構有太大的影響，而邊墻只有一條接縫，可以保證邊墻受力狀況較好，同時也降低了邊墻施工和防水等工作的難度。

方案2：與方案1相比，節點布置在彎矩更小的一側墻上，改變了節點的連接方式，從而減少了上下兩層的連接。邊墻采用榫槽法，并輔以灌漿補強。其中，樓板為螺栓連接，頂、中墻連接比方案1更復雜，采用榫槽、螺栓連接等方法，并輔以灌漿補強，保證節點整體受力。對方案2構件情況進行統計，見表4。

從表4可以看出，質量最大的構件為側墻—頂板，能充分滿足裝配式吊裝需求。此方案的優勢是更有利于整體結構性能，降低了防水和施工的難度。

2.2 裝配式接頭位置、剛度設計

針對方案1，可通過裝配式建筑結構計算，確定邊墻彎矩接近零點的位置，將接頭按照圖1進行設置。

側墻的接頭設在離頂板0.6m位置上。在距邊墻1.0m處布置頂板節點，其彎矩接近零值。從構件搬運和安裝的可操作性來看，在單元劃分的過程中，要控制好節點的位移范圍[3]。研究發現，在4種布局方式的組合下，邊墻端面位移為-0.2m，邊墻端面位移在節點剛度增加的情況下，節點的負彎矩會逐漸增加。樓面節點位移為-05m、0m、0m、0m和1m。當側墻接縫的位置上升時，計算為正值，下降時，計算為負值。當向左側（負彎矩方向上）運動時，將底板連接位置記錄為負值，在向右側（正力矩方向）運動時，將其數值記錄為正值。

結合裝配式建筑結構計算，確定方案2的接頭位置，如圖2所示。

在方案2中，將板邊墻的接縫取消，改為側板下端，并對板與中板間的接縫進行調整。側墻頂縫位移為-0.2m、0m、0.2m和0.4m。

接頭剛度的取值標準范圍為12000kN/m～85000kN/m，結合工程實際，根據上述兩種方案，確定頂板最大正彎矩變化范圍在2％～150％[4]。方案1的頂板最大彎矩隨節點剛度的降低而逐漸增加，而方案2的頂板彎矩與方案1基本一致，均呈現隨節點剛度增加逐漸下降的趨勢，而兩種方案的頂板彎矩值均＜1。同時，節點剛度越小，彎矩越大。方案1采用節點布置，樓板的剛度顯著降低，從而降低了正彎矩。而方案2的節點布置在邊墻內，導致邊墻剛度降低，底板不完整，從而產生了應力集中和彎矩增加等問題[5]。在節點剛度增加的情況下，節點的負彎矩會逐漸增加，在節點剛度降低的情況下，節點的負彎矩剛度也會逐漸降低，而側墻的剛度會增加，從而削弱了這種影響。采用不同節點形式的方案2，由于節點效應，因此底板負荷量最大均發生在中間墻節點且墻體的剛度下降，這一點與頂板類似。

3 不同地震作用下的選型方案抗震性能分析

為掌握設計建筑結構的抗震性能，本文將采用抗震分析的方式，對方案1、方案2進行選型。分析前，先對方案1、方案2的隔震支座參數進行分析，見表5。

為更直觀地掌握建筑中結構節點的荷載，利用波動分析法，建立建筑結構節點荷載矩陣，矩陣表達式如公式（1）所示。

F（t）=[M]{}+[C]{}+[K]{u} " " "（1）

式中：F（t）為建筑結構節點荷載矩陣；[M]為建筑結構質量對應的矩陣表達式；[C]為建筑結構阻尼矩陣；[K]為建筑結構剛度矩陣；{}為建筑結構在地震波作用下的加速度；{}為建筑結構在地震波作用下的位移速度；{u}為建筑結構在地震波作用下的位移矩陣。

完成上述內容的研究后，將建筑參數錄入計算機，建立針對方案1、方案2的結構模型，根據表5，錄入結構方案隔震支座參數。在此基礎上，打開地震勘探軟件，創建一個新項目或打開一個現有項目。選擇正確的地震波數據文件，點擊“導入”按鈕選擇文件。確認文件格式和數據類型，確保軟件能正確處理數據。調整地震波數據的顯示和編輯選項，可以更好地查看和分析數據。根據需要對地震波數據進行處理和分析，例如濾波、增益控制和信道均衡等。保存處理后的地震波數據，可以導出為其他格式或直接保存到項目中。

在此過程中，需要注意不同的地震勘探軟件可能有不同的操作流程和功能，具體操作步驟可能會不同，需要根據抗震性能測試中的實際情況操作。

錄入地震波后，對水平、豎向地震作用下的方案1、方案2墻體變形進行分析，如圖3、圖4所示。

從圖3、圖4中可以看出，在相同的條件下，即地震波錄入條件一致的情況下，方案二的墻體水平方向和豎向方向相對位移較小，由此可以證明，方案二的抗震性能比方案一更好。本文提出的方案一、方案二在實際應用中均可起到一定的抗震作用，但方案二的抗震性能明顯優于方案一，因此，當對試點工程的結構進行設計與施工時，應優先選擇方案二作為結構設計方案。按照上述步驟，完成在不同地震作用下裝配式建筑結構選型與抗震性能分析。

4 結語

對不同地震作用下的裝配式建筑結構選型與抗震性能進行分析，本文從理論和實踐角度進行深入探討。通過研究確定裝配式建筑在地震作用下的復雜性和多樣性，同時也揭示了選型和抗震性能分析的重要性。采用科學合理的方法對選型和抗震性能進行分析，可以有效地保障裝配式建筑在地震作用下的安全性，減少地震對建筑物的破壞。

參考文獻

[1]宮玉成，劉尊正.裝配式建筑塔機選型及施工應用技術研究[J].建筑機械，2023（2）：92-93，102.

[2]孟慶恩，吳玖榮.裝配式鋼結構系統選型及節點連接技術分析[J].廣東建材，2023，39（1）：80-83，53.

[3]任可彬.高層裝配式建筑支撐系統選型及優化施工技術研究[J].中國住宅設施，2022（7）：142-144.

[4]吳成剛，李孟廷，彭智勇.深圳地鐵16號線裝配式車站結構斷面選型分析[J].隧道建設（中英文），2022，42 （增刊2）：320-327.

[5]王彩雪，張樂芳.基于Web-BIM的裝配式建筑結構選型智能決策支持方法[J].工業加熱，2022，51（5）：72-76.