简易装配式剪力墙结构的基础隔震设计研究

2018-02-14牟星

建材与装饰 2018年51期

牟星

（东莞理工学院城市学院）

引言

装配式剪力墙结构是一种工业化程度较高建筑结构体系，主要优点是可以进行商品化生产，现场施工效率高，劳动强度低，自重较轻，结构强度与变形能力均比混合结构好[1]。装配式剪力墙结构抗震性能的研究是装配式剪力墙结构进入实际应用的重要保证。如何提高该类结构的抗震性能，有待于进一步研究。[2]本文在参考文献研究的基础上，对以普通预制装配式钢筋混凝土剪力墙为上部结构进行隔震设计研究。

1 国内装配式建筑的应用现状

装配式建筑在我国应用广泛，国家正大力推动建筑节能，国务院在《绿色建筑行动方案》文件中提出，要大力推动建筑产业化，通过“标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理，智能化应用”[3]。

设计阶段，装配式建筑通过保证建筑构件的尺寸和强度等，使结构满足安全性和耐久性。近年来BIM信息化技术的应用增强了设计阶段对建筑全寿命周期影响和控制，有利于装配式建筑结构的标准化和工业化。

施工阶段，装配式建筑50%以上的工作在工厂内完成，通过标准化模具生产出墙柱梁板等结构构件，经过检验合格后，运输至施工场地，完成现场的吊装和安装。在现场可以减少湿作业，加快施工进度，节省施工工期。

我国建筑工业化，标准化、程序化程度较低，施工安装中效率较低，导致装配式建筑的经济效益偏低。装配式建筑规范化和标准化研究有待加强。

2 装配式剪力墙结构应用与研究进展

预制装配式剪力墙结构较早的形式为预制装配式钢筋混凝土墙板结构，20世纪60年代装配式剪力墙结构体系在欧洲及北美得到迅速发展，随后被中国引进，然而由于预制装配式大板结构体系在地震中表现不佳，装配式建筑的整体性和抗震性能有待进一步研究提高。20世纪90年代，美国和日本的预制混凝土抗震性能研究项目，共同提出了无粘结后张拉预应力预制混凝土剪力墙结构体系简称UPPCW结构[2]。朱张峰等[4]对全预制装配式剪力墙结构（NPC体系）节点性能进行了试验研究和有限元分析，潘陵娣等[5]进行了预制叠合板式剪力墙的拟静力试验研究和非线性有限元分析。

3 基础隔震装配式剪力墙结构设计原则及设计流程

装配式剪力墙结构体系，有很好的承载能力，而且有很好的整体性和空间作用，其刚度和强度较平面装配式剪力墙高可承受较大的水平荷载。本文的模型为筒体装配式剪力墙模型。

常规装配式剪力墙结构的设计原则包括：

（1）装配式剪力墙的布置，沿建筑物的主要轴线双向布置，避免仅单向有墙的结构布置形式，并宜使两个方向抗侧刚度接近。

（2）装配式剪力墙应尽量拉通对直，以增加抗震能力，门窗洞口上下各层对齐，形成明确的墙肢和连梁，使受力明确，计算简单。

基础隔震装配式剪力墙结构由于在地震中的安全性高于普通抗震设计，所以在设计标准上可以适当放宽，更有利于提高建筑结构的经济效益，隔震结构设计原则有：

（1）“以柔克刚”的原则，即在某些隔震设计中为满足隔震设计的需求会对上部装配式剪力墙进行调整和删减，具体按实际工程需求而定。

（2）位移控制原则，装配式剪力墙隔震结构基础在地震力下位移较大，应控制结构的位移不超限。

（3）隔震布置。隔震装配式剪力墙结构的隔震层设计，由于上部结构装配式剪力墙位置刚度较大，承担力较大，所以转换层转换梁截面比较大。如不合理设计转换层容易增加工程造价。为避免隔震层转换梁截面过大，控制隔震支座的间距，保持合适的间距。隔震支座的布置必须尽量简单、规则、对称、整齐，以减小上部结构的扭转和位移。铅芯橡胶支座与非铅芯橡胶支座配合使用，根据屈重比和风压等初步确定铅芯橡胶支座的总数，然后根据柱底轴压确定支座的直径。当上部结构较复杂，隔震后容易引起局部的扭转超限，此时，应该调整上部结构的装配式剪力墙，通过开洞或者调整装配式剪力墙位置来优化设计。装配式剪力墙结构的基础隔震设计基本步骤可以概括为：

①根据建筑平面设计图确定装配式剪力墙的布置布置方案，为保证隔震支座的受力均匀，装配式剪力墙应该尽量分散、对称布置。

②装配式剪力墙的数量确定后，根据结构整体的刚度确定装配式剪力墙的厚度以及开洞率。

③通过建立PKPM的模型，用SATWE对结构进行受力分析，验算构件的配筋率，层位移等。调整墙的布置方案。

④由调整后的布置方案确定上部结构的PKPM模型。

⑤添加隔震层后计算分析并确定隔震层的柱、梁截面。

⑥根据添加隔震层后的PKPM模型建立ETABS模型并对比两个模型的质量、周期、地震力，保证模型误差在可用范围内。

⑦选取地震波，按照建筑抗震设计规范选取7条地震波。

⑧输入地震波，分别建立小震、中震和大震的模型进行时程分析，将得到的减震系数等数据反馈回PKPM模型，进行结构优化和配筋等。