装配式建筑在多震地区的抗震性设计分析

韦 晨，吴晶晶

铜陵学院，安徽 铜陵 244000

0 引言

装配式建筑对住宅产业化、建筑工业化起着重要的推动作用，同时，国外学者对于抗震性的设计也展开了研究，相关数据表明在现代建筑中装配式建筑的结构整体抗震性要更加优秀。同时在建筑设计实例中也表现出装配式建筑的抗震性优势，墨西哥大地震中装配式建筑的整体结构的损伤较小。日本有学者提出了后张法制作装配式建筑的结构构件，通过后张法［1］制作而成的装配式构件的抗震性能更加优秀，同时具有一定的震后修复能力，国内的研究人员也对后张法的生产工艺进行了深入的探索，证实了后张法生产的预制构件在地震发生时产生的损伤较小且易恢复。目前国内多家建筑公司拥有房屋建筑装配式混凝土结构的关键技术，这些技术为装配式建筑的发展创造了更多的条件，同时为装配式建筑的安全性与整体性提供了更多的保障。目前国内的万科集团所掌握的PC 技术，是以全预制混凝土的结构建造为侧重点，可以很好地保证建筑的整体性，规避了后期的渗水问题，减少了湿作业的麻烦。中南集团掌握的NPC 技术，竖向构件采用全预制的构建方法，水平构件采用叠合的施工方法，技术完善可靠装配率可达90%［2］。日本在当前是装配式建筑发展较为成熟的国家，拥有着较为完备的技术与设计，日本的PCa 预制装配式混凝土是其发展的重要环节，它的发展主要通过以下几个阶段，W-PC，R-PC，WR-PC。W-PC适用于中低层的建筑，结构的计算简单，建筑的空间可以得到有效地利用，同时具有很高的效率，可以减少大量的作业时间和劳动力，有着良好的经济性。R-PC 在建筑结构中抗震能力强，结构计算清晰，传力良好，在建筑业中广泛运用，采用轻材质和柔性连接方式使得建筑在地震发生时可以保证良好的抗震性，且该技术具有很强的灵活性，在高层建筑中也可以发挥良好的作用。WR-PC 技术拥有着优秀的设备设计自由度［3］。这些技术对于装配式建筑在多震地区的应用都发挥了巨大的作用，也为更好的发展提供了思考方向。

然而不仅仅是施工技术，装配式建筑的抗震性更需要设计和分析。房屋建筑装配式结构与节点的抗震性设计，是在保证节点与结构的传力均匀，整体受力性能良好的情况下，节点与结构仍具有良好的抗震减震性并能保证建筑的安全性。

装配式建筑于多震地区需要考虑到结构的稳定、建筑的高度与刚度、建筑的抗震性。因此便需要注意到装配式建筑的结构节点与连接设计，为保证装配式建筑的抗震性，可以在节点与连接上进行设计。国内外的研究人员提出了很多的节点连接方式，一系列实验的结果皆表明破坏多集中于连接的部位，所以需要对构件之间的连接设计多加研究与分析。

消能减震技术可以使得建筑的抗震性有效地提高，在地震发生时有效地降低地震作用给结构带来的损伤。先一步于结构和节点承受和消耗地震能量，保护结构的完整性，同时具有一定的恢复能力。消能减震技术可以运用于装配式建筑的结构与节点上，在装配式建筑的抗震性设计上发挥重大的作用。

1 装配式建筑的优点

装配式建筑在现在的建筑业有着很大的发展前景，装配式建筑做到了建筑工业化的生产，工厂流水线操作生产预制构件使得精度可掌控，同时减少了施工实地操作，避免了外界环境与天气的影响，减少了现场的现浇工程所带来的不必要的材料浪费与噪音污染环境污染，符合现在国家所倡导的绿色可持续发展的建筑产业化。

装配式建筑使用预制构件结合实际现场和设计使用不同的装配技术，使得建筑具有良好的整体性与安全性，减少了大量的劳动力，缩短了工程工期，是建筑工业化发展的首要之选。同时因为装配式建筑的灵活性，节省劳动力和快捷等特点，在世界各地已有多处采用装配式建筑，不仅仅是民用建筑的建造，装配式建筑在紧急的公共事件下也可以发挥其优秀的特质，中国火神山医院在有限的时间内能快速建成，便是得益于装配式建造技术。使用预制构件现场装配操作，在同样有限的人力资源情况下，所有人目睹着火神山拔地而起，这是装配式建筑在紧急公共事件下发挥作用的成功案例。视情况条件不同进行不同的设计分析，在多震地区装配式建筑也可以很好的发挥其作用。

在震后的救援活动中，装配式建筑可以减少大部分的劳动力，为救援工作节省下大量时间，在现场为人们提供保障的场所，为有需要的伤员提供紧急的救援场所，保证伤员能得到及时的救治。同样不能忽略的是装配式建筑的抗震性，在多震地区建筑的抗震性更受到人们的关注，在地震发生时大部分的伤亡来自于建筑物的倒塌，人们来不及避难从而造成大量人员伤亡。在多震地区对于建筑物的抗震性需要更多的关注，装配式建筑于多震地区的应用会有很大的发展空间，也会为当地的人们带来更多的安全保障。

中国是一个地震频发的国家，地震导致大量人员伤亡与经济损失，为了尽量减少人员的伤亡和财产的损失应该从建筑的抗震性着手。从建筑物的刚度，强度，延度等方面来提高建筑物的抗震性，但在不同的震级下仅仅于此并不能很好的满足建筑的安全性要求，我们需要从建筑结构，节点等方面来加强建筑的抗震性，加固建筑，提高建筑的震后修复能力。

2 装配式建筑的节点抗震设计

装配式建筑中节点是建筑最重要的枢纽，是传递承载力，连接构件结构重要部分，节点需要具有良好的刚度、延性来保证核心区的稳定，同时框架节点应该具有良好的耗能以满足建筑抗震性的要求，多震地区的装配式建筑节点设计尤甚。

节点类型的选择与设计决定了建筑的最终成果，其中节点的传递作用尤为重要，不同的节点设计存在其优点但也存在其不足，因此需要针对不同的情况采用不同的节点连接方式，在装配式建筑中通过研究干式节点连接形式对于提高节点的抗震性有着良好的作用。

干式连接无需现场的湿作业和混凝土的浇筑机械化的连接操作，减少了现场施工带来的不确定因素，作业快捷，施工安全，在目前干式连接的几种连接方式包括焊接，钢吊架式，螺栓式，牛腿式等。在抗震性的设计中牛腿连接方式的效果更佳，承载力效果也更好［4］。在实际设计中已有建筑采用该连接方式，在某地的装配式停车楼采用了干式连接，预制率达90%，施工时减少了大量的人力也加快了工程作业时间。但节点的连接还有很大的发展空间，仍然需要更多的研究。

建筑的节点处较为薄弱，节点结合消能减震技术，增加消能减震装置于梁柱节点处，消耗动力能量，减少结构带来的损坏，面对地震带来的能量，消能减震装置能通过变形的方式消耗地震能量，保护节点连接。

3 装配整体式预应力混凝土框架抗震设计

预制混凝土框架结构在工程中普遍应用，在装配式建筑中与预制构件结合使得建筑的整体性，安全性，抗震性显著提高，形成了装配整体预应力混凝土框架。国内外的学者都对此进行了抗震性的研究，表明该结构体系具有良好的抗震性，对核心节点处损伤有一定程度的减少，同时具有较强的变形恢复性能。然而这些研究仍然存在局限性，所以国内学者又提出了新型装配整体式预应力混凝土框架结构体系，由预制柱预应力T 型叠合梁和现浇节点核心区组成［5］，通过实验研究证明了该结构节点试件满足抗震性的要求，预应力试件变形小且有良好的耗能和变形恢复能力。

4 消能减震结构抗震设计

地震时大地的运动能量通过基础传递给建筑，建筑结构损伤、晃动、断裂，增加消能减震结构的设计与运用，在结构中安装消能器，消耗地震能量减少建筑物的震动，该技术可以有效地减缓地震带来的反应，减少建筑结构的损伤，使得建筑的抗震性显著提高，从而有效地减少地震带来的人员伤亡。

消能减震技术是在结构的某些位置设置耗能装置，通过装置的弹塑性变形先一步消耗地震带来的能量，减少了能量对于建筑结构的损伤，耗能装置元件的不同给消能减震技术带来了很大的灵活性，适用于不同的建筑结构，为多震地区装配式建筑的应用增加了更多的可操作性。

环形弹簧阻尼器在装配式结构中运用，具有良好的抗震性，同时也具有良好的自我恢复能力。环形弹簧于工程领域中广泛地运用，具有良好的耗能性，其强度高，使用空间小且减震与缓冲能力优秀［6］，先前多用于桥梁等建筑结构中，在装配式建筑中也可以考虑在节点结构处增加，减缓地震能量给装配式建筑带来的损伤。消能减震技术在装配式建筑的钢-混组合主次结构中也有着显著的作用，有着良好的减震控制，很大程度的减小了构建的损伤［7］。

装配式建筑的结构构件使用新型预制消能减震复合墙板的设计使得建筑具有良好的抗震性和整体性。国内学者提出了新型预制消能减震复合墙板的设计并进行了研究与分析。实验数据表明该新型预制消能减震复合墙板降低了建筑结构的破坏，有效地消耗了地震能量的同时，最大限度的发挥了消能减震的作用［8］。给多震地区的装配式建筑的应用带来了很大的作用。

5 结语

多震地区的装配式建筑的抗震性分析于此，了解了消能技术于节点与结构上的应用，了解了不同的节点连接方式所具有的不同性质。这些设计提高了装配式建筑的抗震性，保证了结构的稳定性。基于装配式结构和节点下的抗震性设计采用了不同的节点连接方式，尝试了不同的消能减震装置，在灵活多变的技术与施工下考虑到多种的方法用于减震的设计，然而也不仅仅于此，仍然需要更多的研究与分析以保障多震地区装配式建筑的应用可以满足其所需的安全性。