装配整体式与现浇剪力墙结构抗震性能对比分析

2019-02-17金万祥

四川水泥 2019年4期

金万祥

（甘肃金桥水科技（集团）有限公司，甘肃兰州 730000）

装配式建筑由于其采用工厂化、模块化生产，在施工现场仅需要完成相应的安装工程，对于缩短工程周期、提高工程质量、保护施工环境等具有多方面意义。然而，在与传统混凝土现浇剪力墙相比的过程中，感官上存在很大的质量差距。部分施工团体并没有对装配式建筑产生足够的信任。而在应用的过程中确定其抗震性能也是下一步形成良好施工规范的重要基础。为此，本文将其与传统现浇混凝土剪力墙进行比较，为具体应用提供抗震性领域的重要指标，希望能够为后续的应用提供必要基础。

1 实验方式

为了更为直观的对装配整体式剪力墙与混凝土现浇剪力墙进行有效的性能对比。本文采用了抗震实验平台等比例建设的方式形成有效的实验对象物料搭建，并在平台上同时施加不同水平的震级能量，通过对其效果与相关参数的观察来得到所需的结论性数据。

在具体的实验过程中，由于受到抗震模型与实验成本等限制，实验采用了1：5 比例模型的方式来进行构筑，严格按照相关建筑的设计图纸与质量要求进行等比例缩小。构建后的建筑模型为12 层，总高度为36m（不含地下结构），地基尺寸为9*9m2。根据现有的研究经验，在1:5 模型下开展震动实验，其各项指标存在一定的削减，有效的削减系数按照白国良等人在2018年提出的平台实验理论分别确定如下：应力系数、弹性模量系数、长度、均取0.2，加速度、重力加速度均取1，阻尼比系数为0.018，质量系数为0.008，时间系数为0.5。

在具体的模型搭建过程中，将现浇混凝土结构剪力墙建筑定义为对照组，其构建方式与传统现浇剪力墙构建方式、流程及物料相同。将装配整体式剪力墙构建作为实验组，采用红星建筑有限公司所提供的等比例缩小装配整体式剪力墙进行现场组装。上述两个等比例缩小建筑直接构筑在振动台上，并对不同量级上的震动进行模拟。按照行业实验规范，振动台的震动模拟分为X,Y 及NS 三条横向振动波交替加载的方式来进行，交替时间为1：1：1，交替循环为3 次，每次持续时间30s，振动台与实际地质运动的波峰强度比值为1：0.60。由于上述实验模型均在同一振动台上进行构筑，二者在接受震动时没有差异。

2 实验结果

在实验结果的分析上本实验采用了宏观现象及微观数据两种方式对装配方式及现浇方式的剪力墙抗震性能进行对比，具体结果如下：

在宏观方面发现在高震度、长时间的实验条件下，两种构建方式剪力墙均出现了肉眼可见的裂缝。为了对比二者的差异，本实验主要选取了裂缝发展进程、裂缝分布、裂缝形态三个维度指标。在裂缝发展过程方面。在轻微震动的情况下，二者均为出现裂缝，随着震度的增加二者几乎同时产生裂缝，其裂缝产生的时间点出现在8 度震度的情况下。其中装配式剪力墙的裂缝从2 层到3 层的连接处首先出现，气候沿着垂直方向向上发展。现浇结构则在各层的连梁部分先后出现了裂缝，最终以裂缝延伸的方式贯通。在对比上层建筑（9 层以上）时发现现浇剪力墙的裂缝密度显然更高。在裂缝分布上发现，装配式裂缝出现较为均匀，除了9层以上分布相对较少之外，其剪力墙裂缝基本呈现出逐层增加的基本态势。而现浇建筑则表现出极大的不同，其裂缝的高密度点出现在4-7 层的范围内，并向上向下同时延伸递减。值得注意的是在下层裂缝分布上，现浇建筑显著的裂缝密度显著低于装配式结构建筑，在裂缝形态上二者也出现了显著的差异。装配式结构中裂缝多以横向裂缝为主，不同楼层之间没有联合，即裂缝并未对装配式建筑剪力墙的整体结构造成破坏。而现浇模式下裂缝多以“X”形态出现，层级间的裂缝出现明显的联合，在裂缝高密度区域出现了漏筋现象。

在微观层面上，主要通过部分动力学特性对其抗震性内进行进一步的机理讨论。本实验选择了自振频率、阻尼比两个指标对其动力特性进行分析，并用最大楼层剪力与基地剪力对其抗震性能进行描述。通过实验发现，在动力学特性中的自振频率方面二者基本表现相同。而自振频率是放大地震带来危害的基本条件，二者相同的表现说明在自振体系下两种施工方式对于建筑的抗震性影响不大。而在阻尼比上则显现出较为明显的差异。二者的阻尼比起点与终点相类似。但是其抗震阶段呈现出明显的不同。其中现浇剪力墙在初始阶段，即震度在0-3 的阶段其阻尼比下降较低，而到了3 到8 的过程中几乎呈现出梯度下降的趋势。而装配式剪力墙的下降高峰则出现在0-1 的震度水平下，此后从1-5 震度上的阻尼比下降并不明显。此后在达到8 度的明显裂缝震度前呈现出梯度下降的趋势。值得注意的是由于0-1 阶段的大幅下降，其在后续的明显下降阶段的下降斜率也明显低于现浇剪力墙。在抗震性方面则用最大楼层与基底剪力作为具体的表征指标。从实验结果来看，装配式剪力墙表现更好，其最大楼层剪力相对较低，基底剪力则相对较高。从这一特性来看，装配式剪力墙对于一般震度的抗震性能更好，且由于其对于剪力墙自身的结构性破坏相对较小，这使得其无论是在后续的维修加固还是在震中的表现均比较理想。反观现浇剪力墙则与装配式表现相反，其更多的应力被最大楼层承担，故而在裂缝的产生等方面表现不佳。值得注意的是最小倾覆力矩的测试中现浇剪力墙的指标更大，说明其在损毁的前提下需要更大的震动烈度，故而对于此种极端条件下的抗震性能而言表现更优。

3 实验讨论

通过上文的实验不难发现装配式剪力墙与现浇式剪力墙在抗震性能上各有千秋。并不是何种方式的抗震性能更好的问题。对其实验结果进行总结不难发现，在相同的非倾覆震度条件下装配式剪力墙能够由基底承受更多的剪力，从而对于上层建筑的剪力墙起到一种保护性作用，而在震动条件下建筑所产生的唯一与损坏更为“温和”。

而对于现浇剪力墙而言则是由高楼层承担了更多的力矩，在同等条件下裂缝以及剪力墙的损毁更为严重。值得注意的是，剪力墙的损毁本身并不会对建筑造成严重的结构性损害。简而言之建筑并不会因为剪力墙的损坏而产生倾覆或坍塌的严重事故，进而能够在更为极端的情况下保护住户的生命安全。

这一方面的实验结论在白国良的相关研究中得到了证实。另一方面，在最小的倾覆力矩测试上也发现现浇式剪力墙对于倾覆力矩的承受能力更强，需要更高的烈度才能够产生与装配式剪力墙倾覆的同等效果。也就表示了在极端情况下现浇剪力墙的安全特性确实要高于装配式剪力墙结构。为此本实验认为讨论此种极端情况对于装配式整体剪力墙的应用并不具备科学的指导意义。