强震环境下建筑复合节能墙体抗震性能评估模型

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引言

生态复合墙结构体系具有轻质隔声、保温节能、施工简便、绿色环保、造价低廉等优点,是一种由“砌块－框格－外框”分阶段释放地震能量,具有多道抗震防线的新型结构体系。它主要由预制的生态复合墙板、隐型的外框及楼板整体装配现浇而成。其中,生态复合墙板是以截面和配筋较小的钢筋混凝土肋梁、肋柱为框格,内嵌以炉渣、粉煤灰等工业废料或其他生态材料为主的高性能轻质砌块预制而成。

1 建筑抗震概念设计

抗震概念设计就是把地震及其作用的不可预知性和规律性有机地统一起来,设计时应以结构的总体响应为出发点,根据结构破坏机理和破坏现象,掌握抗震设计的基本概念,从根本上保证结构的抗震安全性能。我国GB50011－2010《建筑抗震设计规范》明确提出建筑抗震概念设计的基本原则,其内容包括：选择有利场地,设置多道抗震防线,合理设置刚度,增强结构整体性能,重视非结构构件等。

2 抗震性能评估模型

2.1 强震环境下建筑复合节能墙体损伤分析 要提高建筑复合节能墙体抗震性能评估结果的准确性,需先确定复合节能墙体构件的强度和刚度退化系数。构建抗震性能评估模型时,给出复合节能墙体构件在不同损伤指数Um时,刚度退化系数βk和强度退化系数βF数值,经回归分析得到βk、βF与Um的拟合关系：

2.2 复合墙体三阶段受力特点 通过前期试验研究表明,大多数墙体最终发生剪切型破坏.其主要受力特性如下：1)边框柱和暗梁形成的隐型外框连接、约束着密肋复合墙板,形成密肋复合墙体,成为密肋壁板结构的主要受力构件.墙体在水平荷载作用下,砌块与肋梁、肋柱共同工作,一方面砌块受到肋格的约束,另一方面密肋又受到块体的反约束,两者相互作用,共同受力、充分发挥各自性能；与此同时,墙板与外框的整浇性使二者的变形趋于协调,具有共同工作的特性.2)墙体中砌块由于受到肋格的约束,其裂缝被限制在一定范围之内,在反复荷载作用下,一方向荷载产生的裂缝在反方向加载时将趋于闭合,并能继续有效地承受荷载,这首先使得砌块有效参与试件的抗侧力体系成为可能,不仅墙体承载能力不会明显降低,而且可以提高墙体抗侧刚度；其次,由于众多砌块在约束条件下的开裂与非弹性变形,类似一耗能装置,从而有效提高试件的变形性能、延性、耗能能力.3)由于复合墙体独特的构造特点使其承力体系的三部分构件：砌块、框格及框架,能够在试验的弹性阶段、弹塑性阶段、破坏阶段依次发生破坏,具有多道抗侧力防线,故在试验的不同阶段应采取不同的受力模型.

2.3 抗震性能评估参数选择 为确定建筑是否复合节能墙体结构的抗震性能,必须对结构进行非线性时程分析。对于地震动强度参数IM的选择可能为峰值地面加速度(PGA)、结构屈服强度系数(R)或谱加速度(Sn(T1,5%)),基于现有的研究成果可知,由于地震动强度输入的不确定性,不同的地震动强度参数对IDA曲线的影响效果突出,针对以第一阶震型为主的建筑复合节能墙体结构,由于墙体结构对第一周期附近地震频率较敏感,此时IM选择谱加速度为Sn(T1,5%)时IDA曲线离散度较优；当建筑复合节能墙体结构处于的地震震型为自振周期长且振型较大时,IM选择谱加速度为Sn(T1,5%)时合理性需进一步研究,而响应参数DM通常为墙体的最大位移或曲率。

2.4 结构形式 在近几年间,学者们进行了更深层次的探究。研发一种框架格构剪力墙双重抗震结构体系,该体系是基于双重抗震概念。其主要设想是形成钢筋混凝土框撑格形结构(在钢筋混凝土框架结构框架梁、柱所组成的平面内增加十字形支撑),然后在框格中填充砖或砌块。框撑具有很好的延性和较大的变形能力,是结构抗震安全性能的重要保证,形成具备两道抗震防线的双重主次结构。关于底部框架结构刚度分布不均匀的问题,研发出一种适用于底部框架结构的配筋砌块短肢砌体剪力墙,其作用是减小上部墙体结构的刚度同时增强其变形能力。通过在上部砌体和底层框架结构之间布置隔震橡胶垫,增加其变形能力来消耗地震作用输入结构中的能量,同时也大大增强了消能减震作用。对于刚度和承载力难以合理匹配问题,提出在结构屋顶设置层间隔震层,进而提高结构的抗震性能。通过试验对钢框架结构和带填充墙钢框架结构进行了理论分析,研究了结构在外力作用下的变形及破坏全过程,得到了填充墙体对钢框架强度和变形的影响、节点的破坏形态以及填充墙体自身的抗震性能。

结语

强震环境下建筑复合节能墙体由于抵抗能力不足,会发生墙体脱落和位移变化等现象,甚至可能发生坍塌,本文评估模型采用的动态增量分析法(IDA方法),是一种能同时兼顾建筑抗震需求和损伤评估的数值解法,该方法通过R－O函数对IDA曲线进行规则化,使IDA概率分位曲线光滑、连续,更好体现不同地震动输入下建筑复合节能墙体结构的抗震能力,评估建筑复合节能墙体抗震性结果精度较高。