強(qiáng)震環(huán)境下建筑復(fù)合節(jié)能墻體抗震性能評(píng)估模型

長(zhǎng)春市遠(yuǎn)大房地產(chǎn)置業(yè)有限公司 吉林 長(zhǎng)春 130000

引言

生態(tài)復(fù)合墻結(jié)構(gòu)體系具有輕質(zhì)隔聲、保溫節(jié)能、施工簡(jiǎn)便、綠色環(huán)保、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn),是一種由“砌塊－框格－外框”分階段釋放地震能量,具有多道抗震防線的新型結(jié)構(gòu)體系。它主要由預(yù)制的生態(tài)復(fù)合墻板、隱型的外框及樓板整體裝配現(xiàn)澆而成。其中,生態(tài)復(fù)合墻板是以截面和配筋較小的鋼筋混凝土肋梁、肋柱為框格,內(nèi)嵌以爐渣、粉煤灰等工業(yè)廢料或其他生態(tài)材料為主的高性能輕質(zhì)砌塊預(yù)制而成。

1 建筑抗震概念設(shè)計(jì)

抗震概念設(shè)計(jì)就是把地震及其作用的不可預(yù)知性和規(guī)律性有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以結(jié)構(gòu)的總體響應(yīng)為出發(fā)點(diǎn),根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理和破壞現(xiàn)象,掌握抗震設(shè)計(jì)的基本概念,從根本上保證結(jié)構(gòu)的抗震安全性能。我國(guó)GB50011－2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》明確提出建筑抗震概念設(shè)計(jì)的基本原則,其內(nèi)容包括：選擇有利場(chǎng)地,設(shè)置多道抗震防線,合理設(shè)置剛度,增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性能,重視非結(jié)構(gòu)構(gòu)件等。

2 抗震性能評(píng)估模型

2.1 強(qiáng)震環(huán)境下建筑復(fù)合節(jié)能墻體損傷分析 要提高建筑復(fù)合節(jié)能墻體抗震性能評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性,需先確定復(fù)合節(jié)能墻體構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度退化系數(shù)。構(gòu)建抗震性能評(píng)估模型時(shí),給出復(fù)合節(jié)能墻體構(gòu)件在不同損傷指數(shù)Um時(shí),剛度退化系數(shù)βk和強(qiáng)度退化系數(shù)βF數(shù)值,經(jīng)回歸分析得到βk、βF與Um的擬合關(guān)系：

2.2 復(fù)合墻體三階段受力特點(diǎn) 通過(guò)前期試驗(yàn)研究表明,大多數(shù)墻體最終發(fā)生剪切型破壞.其主要受力特性如下：1)邊框柱和暗梁形成的隱型外框連接、約束著密肋復(fù)合墻板,形成密肋復(fù)合墻體,成為密肋壁板結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件.墻體在水平荷載作用下,砌塊與肋梁、肋柱共同工作,一方面砌塊受到肋格的約束,另一方面密肋又受到塊體的反約束,兩者相互作用,共同受力、充分發(fā)揮各自性能；與此同時(shí),墻板與外框的整澆性使二者的變形趨于協(xié)調(diào),具有共同工作的特性.2)墻體中砌塊由于受到肋格的約束,其裂縫被限制在一定范圍之內(nèi),在反復(fù)荷載作用下,一方向荷載產(chǎn)生的裂縫在反方向加載時(shí)將趨于閉合,并能繼續(xù)有效地承受荷載,這首先使得砌塊有效參與試件的抗側(cè)力體系成為可能,不僅墻體承載能力不會(huì)明顯降低,而且可以提高墻體抗側(cè)剛度；其次,由于眾多砌塊在約束條件下的開裂與非彈性變形,類似一耗能裝置,從而有效提高試件的變形性能、延性、耗能能力.3)由于復(fù)合墻體獨(dú)特的構(gòu)造特點(diǎn)使其承力體系的三部分構(gòu)件：砌塊、框格及框架,能夠在試驗(yàn)的彈性階段、彈塑性階段、破壞階段依次發(fā)生破壞,具有多道抗側(cè)力防線,故在試驗(yàn)的不同階段應(yīng)采取不同的受力模型.

2.3 抗震性能評(píng)估參數(shù)選擇 為確定建筑是否復(fù)合節(jié)能墻體結(jié)構(gòu)的抗震性能,必須對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性時(shí)程分析。對(duì)于地震動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)IM的選擇可能為峰值地面加速度(PGA)、結(jié)構(gòu)屈服強(qiáng)度系數(shù)(R)或譜加速度(Sn(T1,5%)),基于現(xiàn)有的研究成果可知,由于地震動(dòng)強(qiáng)度輸入的不確定性,不同的地震動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)對(duì)IDA曲線的影響效果突出,針對(duì)以第一階震型為主的建筑復(fù)合節(jié)能墻體結(jié)構(gòu),由于墻體結(jié)構(gòu)對(duì)第一周期附近地震頻率較敏感,此時(shí)IM選擇譜加速度為Sn(T1,5%)時(shí)IDA曲線離散度較優(yōu)；當(dāng)建筑復(fù)合節(jié)能墻體結(jié)構(gòu)處于的地震震型為自振周期長(zhǎng)且振型較大時(shí),IM選擇譜加速度為Sn(T1,5%)時(shí)合理性需進(jìn)一步研究,而響應(yīng)參數(shù)DM通常為墻體的最大位移或曲率。

2.4 結(jié)構(gòu)形式 在近幾年間,學(xué)者們進(jìn)行了更深層次的探究。研發(fā)一種框架格構(gòu)剪力墻雙重抗震結(jié)構(gòu)體系,該體系是基于雙重抗震概念。其主要設(shè)想是形成鋼筋混凝土框撐格形結(jié)構(gòu)(在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)框架梁、柱所組成的平面內(nèi)增加十字形支撐),然后在框格中填充磚或砌塊。框撐具有很好的延性和較大的變形能力,是結(jié)構(gòu)抗震安全性能的重要保證,形成具備兩道抗震防線的雙重主次結(jié)構(gòu)。關(guān)于底部框架結(jié)構(gòu)剛度分布不均勻的問(wèn)題,研發(fā)出一種適用于底部框架結(jié)構(gòu)的配筋砌塊短肢砌體剪力墻,其作用是減小上部墻體結(jié)構(gòu)的剛度同時(shí)增強(qiáng)其變形能力。通過(guò)在上部砌體和底層框架結(jié)構(gòu)之間布置隔震橡膠墊,增加其變形能力來(lái)消耗地震作用輸入結(jié)構(gòu)中的能量,同時(shí)也大大增強(qiáng)了消能減震作用。對(duì)于剛度和承載力難以合理匹配問(wèn)題,提出在結(jié)構(gòu)屋頂設(shè)置層間隔震層,進(jìn)而提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)和帶填充墻鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論分析,研究了結(jié)構(gòu)在外力作用下的變形及破壞全過(guò)程,得到了填充墻體對(duì)鋼框架強(qiáng)度和變形的影響、節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)以及填充墻體自身的抗震性能。

結(jié)語(yǔ)

強(qiáng)震環(huán)境下建筑復(fù)合節(jié)能墻體由于抵抗能力不足,會(huì)發(fā)生墻體脫落和位移變化等現(xiàn)象,甚至可能發(fā)生坍塌,本文評(píng)估模型采用的動(dòng)態(tài)增量分析法(IDA方法),是一種能同時(shí)兼顧建筑抗震需求和損傷評(píng)估的數(shù)值解法,該方法通過(guò)R－O函數(shù)對(duì)IDA曲線進(jìn)行規(guī)則化,使IDA概率分位曲線光滑、連續(xù),更好體現(xiàn)不同地震動(dòng)輸入下建筑復(fù)合節(jié)能墻體結(jié)構(gòu)的抗震能力,評(píng)估建筑復(fù)合節(jié)能墻體抗震性結(jié)果精度較高。