裝配式建筑在多震地區(qū)的抗震性設(shè)計(jì)分析

韋 晨，吳晶晶

銅陵學(xué)院，安徽 銅陵 244000

0 引言

裝配式建筑對住宅產(chǎn)業(yè)化、建筑工業(yè)化起著重要的推動作用，同時(shí)，國外學(xué)者對于抗震性的設(shè)計(jì)也展開了研究，相關(guān)數(shù)據(jù)表明在現(xiàn)代建筑中裝配式建筑的結(jié)構(gòu)整體抗震性要更加優(yōu)秀。同時(shí)在建筑設(shè)計(jì)實(shí)例中也表現(xiàn)出裝配式建筑的抗震性優(yōu)勢，墨西哥大地震中裝配式建筑的整體結(jié)構(gòu)的損傷較小。日本有學(xué)者提出了后張法制作裝配式建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，通過后張法［1］制作而成的裝配式構(gòu)件的抗震性能更加優(yōu)秀，同時(shí)具有一定的震后修復(fù)能力，國內(nèi)的研究人員也對后張法的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了深入的探索，證實(shí)了后張法生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件在地震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的損傷較小且易恢復(fù)。目前國內(nèi)多家建筑公司擁有房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)為裝配式建筑的發(fā)展創(chuàng)造了更多的條件，同時(shí)為裝配式建筑的安全性與整體性提供了更多的保障。目前國內(nèi)的萬科集團(tuán)所掌握的PC 技術(shù)，是以全預(yù)制混凝土的結(jié)構(gòu)建造為側(cè)重點(diǎn)，可以很好地保證建筑的整體性，規(guī)避了后期的滲水問題，減少了濕作業(yè)的麻煩。中南集團(tuán)掌握的NPC 技術(shù)，豎向構(gòu)件采用全預(yù)制的構(gòu)建方法，水平構(gòu)件采用疊合的施工方法，技術(shù)完善可靠裝配率可達(dá)90%［2］。日本在當(dāng)前是裝配式建筑發(fā)展較為成熟的國家，擁有著較為完備的技術(shù)與設(shè)計(jì)，日本的PCa 預(yù)制裝配式混凝土是其發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，它的發(fā)展主要通過以下幾個(gè)階段，W-PC，R-PC，WR-PC。W-PC適用于中低層的建筑，結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡單，建筑的空間可以得到有效地利用，同時(shí)具有很高的效率，可以減少大量的作業(yè)時(shí)間和勞動力，有著良好的經(jīng)濟(jì)性。R-PC 在建筑結(jié)構(gòu)中抗震能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)計(jì)算清晰，傳力良好，在建筑業(yè)中廣泛運(yùn)用，采用輕材質(zhì)和柔性連接方式使得建筑在地震發(fā)生時(shí)可以保證良好的抗震性，且該技術(shù)具有很強(qiáng)的靈活性，在高層建筑中也可以發(fā)揮良好的作用。WR-PC 技術(shù)擁有著優(yōu)秀的設(shè)備設(shè)計(jì)自由度［3］。這些技術(shù)對于裝配式建筑在多震地區(qū)的應(yīng)用都發(fā)揮了巨大的作用，也為更好的發(fā)展提供了思考方向。

然而不僅僅是施工技術(shù)，裝配式建筑的抗震性更需要設(shè)計(jì)和分析。房屋建筑裝配式結(jié)構(gòu)與節(jié)點(diǎn)的抗震性設(shè)計(jì)，是在保證節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)的傳力均勻，整體受力性能良好的情況下，節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)仍具有良好的抗震減震性并能保證建筑的安全性。

裝配式建筑于多震地區(qū)需要考慮到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、建筑的高度與剛度、建筑的抗震性。因此便需要注意到裝配式建筑的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)與連接設(shè)計(jì)，為保證裝配式建筑的抗震性，可以在節(jié)點(diǎn)與連接上進(jìn)行設(shè)計(jì)。國內(nèi)外的研究人員提出了很多的節(jié)點(diǎn)連接方式，一系列實(shí)驗(yàn)的結(jié)果皆表明破壞多集中于連接的部位，所以需要對構(gòu)件之間的連接設(shè)計(jì)多加研究與分析。

消能減震技術(shù)可以使得建筑的抗震性有效地提高，在地震發(fā)生時(shí)有效地降低地震作用給結(jié)構(gòu)帶來的損傷。先一步于結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)承受和消耗地震能量，保護(hù)結(jié)構(gòu)的完整性，同時(shí)具有一定的恢復(fù)能力。消能減震技術(shù)可以運(yùn)用于裝配式建筑的結(jié)構(gòu)與節(jié)點(diǎn)上，在裝配式建筑的抗震性設(shè)計(jì)上發(fā)揮重大的作用。

1 裝配式建筑的優(yōu)點(diǎn)

裝配式建筑在現(xiàn)在的建筑業(yè)有著很大的發(fā)展前景，裝配式建筑做到了建筑工業(yè)化的生產(chǎn)，工廠流水線操作生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件使得精度可掌控，同時(shí)減少了施工實(shí)地操作，避免了外界環(huán)境與天氣的影響，減少了現(xiàn)場的現(xiàn)澆工程所帶來的不必要的材料浪費(fèi)與噪音污染環(huán)境污染，符合現(xiàn)在國家所倡導(dǎo)的綠色可持續(xù)發(fā)展的建筑產(chǎn)業(yè)化。

裝配式建筑使用預(yù)制構(gòu)件結(jié)合實(shí)際現(xiàn)場和設(shè)計(jì)使用不同的裝配技術(shù)，使得建筑具有良好的整體性與安全性，減少了大量的勞動力，縮短了工程工期，是建筑工業(yè)化發(fā)展的首要之選。同時(shí)因?yàn)檠b配式建筑的靈活性，節(jié)省勞動力和快捷等特點(diǎn)，在世界各地已有多處采用裝配式建筑，不僅僅是民用建筑的建造，裝配式建筑在緊急的公共事件下也可以發(fā)揮其優(yōu)秀的特質(zhì)，中國火神山醫(yī)院在有限的時(shí)間內(nèi)能快速建成，便是得益于裝配式建造技術(shù)。使用預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場裝配操作，在同樣有限的人力資源情況下，所有人目睹著火神山拔地而起，這是裝配式建筑在緊急公共事件下發(fā)揮作用的成功案例。視情況條件不同進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)分析，在多震地區(qū)裝配式建筑也可以很好的發(fā)揮其作用。

在震后的救援活動中，裝配式建筑可以減少大部分的勞動力，為救援工作節(jié)省下大量時(shí)間，在現(xiàn)場為人們提供保障的場所，為有需要的傷員提供緊急的救援場所，保證傷員能得到及時(shí)的救治。同樣不能忽略的是裝配式建筑的抗震性，在多震地區(qū)建筑的抗震性更受到人們的關(guān)注，在地震發(fā)生時(shí)大部分的傷亡來自于建筑物的倒塌，人們來不及避難從而造成大量人員傷亡。在多震地區(qū)對于建筑物的抗震性需要更多的關(guān)注，裝配式建筑于多震地區(qū)的應(yīng)用會有很大的發(fā)展空間，也會為當(dāng)?shù)氐娜藗儙砀嗟陌踩Ｕ稀?/p>

中國是一個(gè)地震頻發(fā)的國家，地震導(dǎo)致大量人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失，為了盡量減少人員的傷亡和財(cái)產(chǎn)的損失應(yīng)該從建筑的抗震性著手。從建筑物的剛度，強(qiáng)度，延度等方面來提高建筑物的抗震性，但在不同的震級下僅僅于此并不能很好的滿足建筑的安全性要求，我們需要從建筑結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)等方面來加強(qiáng)建筑的抗震性，加固建筑，提高建筑的震后修復(fù)能力。

2 裝配式建筑的節(jié)點(diǎn)抗震設(shè)計(jì)

裝配式建筑中節(jié)點(diǎn)是建筑最重要的樞紐，是傳遞承載力，連接構(gòu)件結(jié)構(gòu)重要部分，節(jié)點(diǎn)需要具有良好的剛度、延性來保證核心區(qū)的穩(wěn)定，同時(shí)框架節(jié)點(diǎn)應(yīng)該具有良好的耗能以滿足建筑抗震性的要求，多震地區(qū)的裝配式建筑節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)尤甚。

節(jié)點(diǎn)類型的選擇與設(shè)計(jì)決定了建筑的最終成果，其中節(jié)點(diǎn)的傳遞作用尤為重要，不同的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)存在其優(yōu)點(diǎn)但也存在其不足，因此需要針對不同的情況采用不同的節(jié)點(diǎn)連接方式，在裝配式建筑中通過研究干式節(jié)點(diǎn)連接形式對于提高節(jié)點(diǎn)的抗震性有著良好的作用。

干式連接無需現(xiàn)場的濕作業(yè)和混凝土的澆筑機(jī)械化的連接操作，減少了現(xiàn)場施工帶來的不確定因素，作業(yè)快捷，施工安全，在目前干式連接的幾種連接方式包括焊接，鋼吊架式，螺栓式，牛腿式等。在抗震性的設(shè)計(jì)中牛腿連接方式的效果更佳，承載力效果也更好［4］。在實(shí)際設(shè)計(jì)中已有建筑采用該連接方式，在某地的裝配式停車樓采用了干式連接，預(yù)制率達(dá)90%，施工時(shí)減少了大量的人力也加快了工程作業(yè)時(shí)間。但節(jié)點(diǎn)的連接還有很大的發(fā)展空間，仍然需要更多的研究。

建筑的節(jié)點(diǎn)處較為薄弱，節(jié)點(diǎn)結(jié)合消能減震技術(shù)，增加消能減震裝置于梁柱節(jié)點(diǎn)處，消耗動力能量，減少結(jié)構(gòu)帶來的損壞，面對地震帶來的能量，消能減震裝置能通過變形的方式消耗地震能量，保護(hù)節(jié)點(diǎn)連接。

3 裝配整體式預(yù)應(yīng)力混凝土框架抗震設(shè)計(jì)

預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)在工程中普遍應(yīng)用，在裝配式建筑中與預(yù)制構(gòu)件結(jié)合使得建筑的整體性，安全性，抗震性顯著提高，形成了裝配整體預(yù)應(yīng)力混凝土框架。國內(nèi)外的學(xué)者都對此進(jìn)行了抗震性的研究，表明該結(jié)構(gòu)體系具有良好的抗震性，對核心節(jié)點(diǎn)處損傷有一定程度的減少，同時(shí)具有較強(qiáng)的變形恢復(fù)性能。然而這些研究仍然存在局限性，所以國內(nèi)學(xué)者又提出了新型裝配整體式預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，由預(yù)制柱預(yù)應(yīng)力T 型疊合梁和現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)核心區(qū)組成［5］，通過實(shí)驗(yàn)研究證明了該結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)試件滿足抗震性的要求，預(yù)應(yīng)力試件變形小且有良好的耗能和變形恢復(fù)能力。

4 消能減震結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

地震時(shí)大地的運(yùn)動能量通過基礎(chǔ)傳遞給建筑，建筑結(jié)構(gòu)損傷、晃動、斷裂，增加消能減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與運(yùn)用，在結(jié)構(gòu)中安裝消能器，消耗地震能量減少建筑物的震動，該技術(shù)可以有效地減緩地震帶來的反應(yīng)，減少建筑結(jié)構(gòu)的損傷，使得建筑的抗震性顯著提高，從而有效地減少地震帶來的人員傷亡。

消能減震技術(shù)是在結(jié)構(gòu)的某些位置設(shè)置耗能裝置，通過裝置的彈塑性變形先一步消耗地震帶來的能量，減少了能量對于建筑結(jié)構(gòu)的損傷，耗能裝置元件的不同給消能減震技術(shù)帶來了很大的靈活性，適用于不同的建筑結(jié)構(gòu)，為多震地區(qū)裝配式建筑的應(yīng)用增加了更多的可操作性。

環(huán)形彈簧阻尼器在裝配式結(jié)構(gòu)中運(yùn)用，具有良好的抗震性，同時(shí)也具有良好的自我恢復(fù)能力。環(huán)形彈簧于工程領(lǐng)域中廣泛地運(yùn)用，具有良好的耗能性，其強(qiáng)度高，使用空間小且減震與緩沖能力優(yōu)秀［6］，先前多用于橋梁等建筑結(jié)構(gòu)中，在裝配式建筑中也可以考慮在節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)處增加，減緩地震能量給裝配式建筑帶來的損傷。消能減震技術(shù)在裝配式建筑的鋼-混組合主次結(jié)構(gòu)中也有著顯著的作用，有著良好的減震控制，很大程度的減小了構(gòu)建的損傷［7］。

裝配式建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件使用新型預(yù)制消能減震復(fù)合墻板的設(shè)計(jì)使得建筑具有良好的抗震性和整體性。國內(nèi)學(xué)者提出了新型預(yù)制消能減震復(fù)合墻板的設(shè)計(jì)并進(jìn)行了研究與分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明該新型預(yù)制消能減震復(fù)合墻板降低了建筑結(jié)構(gòu)的破壞，有效地消耗了地震能量的同時(shí)，最大限度的發(fā)揮了消能減震的作用［8］。給多震地區(qū)的裝配式建筑的應(yīng)用帶來了很大的作用。

5 結(jié)語

多震地區(qū)的裝配式建筑的抗震性分析于此，了解了消能技術(shù)于節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用，了解了不同的節(jié)點(diǎn)連接方式所具有的不同性質(zhì)。這些設(shè)計(jì)提高了裝配式建筑的抗震性，保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性?；谘b配式結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)下的抗震性設(shè)計(jì)采用了不同的節(jié)點(diǎn)連接方式，嘗試了不同的消能減震裝置，在靈活多變的技術(shù)與施工下考慮到多種的方法用于減震的設(shè)計(jì)，然而也不僅僅于此，仍然需要更多的研究與分析以保障多震地區(qū)裝配式建筑的應(yīng)用可以滿足其所需的安全性。