一種新型適用于RC 框架結(jié)構(gòu)減震填充砌體構(gòu)造的優(yōu)化

黃慶

（中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司）

0 研究背景

在公共建筑的建造過(guò)程中，保證結(jié)構(gòu)安全和抗震性能尤其重要，也是各參與方共同努力的主要目標(biāo)。為滿足使用功能需求和外觀需求，并從節(jié)約成本角度出發(fā)，大量新建公共建筑選擇大開(kāi)間純框架結(jié)構(gòu)和輕質(zhì)隔墻為主體結(jié)構(gòu)。在框架結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，填充墻作為一種起分割作用的建筑構(gòu)件，通常在框架主體結(jié)構(gòu)完成后進(jìn)行填充墻砌筑等二次結(jié)構(gòu)的施工，填充墻與框架結(jié)構(gòu)的連接方式則成為影響框架結(jié)構(gòu)整體抗震性能的主要因素。在近來(lái)來(lái)的數(shù)次地震中，大多數(shù)框架結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出良好的抗震性能，但填充墻、隔墻破壞嚴(yán)重，導(dǎo)致功能喪失，產(chǎn)生重大經(jīng)濟(jì)損失乃至人員傷亡[1-2]。

根據(jù)近年來(lái)我國(guó)幾次強(qiáng)烈地震的災(zāi)害結(jié)果顯示，輕質(zhì)填充墻出現(xiàn)大量破壞，雖然作為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的填充墻破壞耗散了地震能量，保護(hù)了主體結(jié)構(gòu)，但部分不合理的填充墻構(gòu)造對(duì)主體結(jié)構(gòu)抗震造成了不利影響[3]，同時(shí)在低烈度地區(qū)填充墻出現(xiàn)破壞會(huì)造成室內(nèi)裝修及附屬設(shè)施的破壞，引起經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)一步提高。

在輕質(zhì)填充墻施工過(guò)程中選擇有效的構(gòu)造措施，在滿足規(guī)范要求的同時(shí)提高填充墻體自身的抗震能力，降低填充墻的剛度效應(yīng)與約束效應(yīng)對(duì)框架主體結(jié)構(gòu)及構(gòu)件抗震性能的不利影響。

傳統(tǒng)的剛性連接砌體填充墻RC 框架結(jié)構(gòu)在遭受中小地震作用后，容易出現(xiàn)大部分主體結(jié)構(gòu)都保存完好或輕微損傷、而填充墻破壞較為嚴(yán)重的問(wèn)題，學(xué)者提出墻-框三面脫開(kāi)柔性連接構(gòu)造[4]。在現(xiàn)行規(guī)范和圖集中，建議有抗震要求的填充墻砌體與鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)之間采用脫開(kāi)連接方式，施工方式較為復(fù)雜，過(guò)程質(zhì)量管控難度較大。周云教授等將耗能減震技術(shù)的原理移植于填充墻中，提出了一種新型減震墻體的構(gòu)造與原理[5]。為方便操作，提高質(zhì)量，在已有研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合蒸壓加氣混凝土砌塊，對(duì)施工工藝進(jìn)行改進(jìn)，擬用于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的大型公共建筑填充墻砌筑。

1 減震填充砌體原理

引用周云教授等研究成果，將加氣混凝土塊填充砌體分隔為3～4 個(gè)水平分區(qū)，見(jiàn)圖1，各分區(qū)之間設(shè)置減震層。每個(gè)抗震分區(qū)左右交叉與相鄰混凝土框架柱單側(cè)剛性連接，另一側(cè)與框架柱間預(yù)留不小于2cm 縫隙。在地震發(fā)生時(shí)，相鄰分區(qū)之間產(chǎn)生滑移，達(dá)到消耗地震能量、減小不利反應(yīng)、保護(hù)墻體的目的。同時(shí)，各分區(qū)按規(guī)范要求設(shè)置通長(zhǎng)拉結(jié)筋可有效提高抗拉能力，避免受拉破壞。

圖1 減震填充砌體水平分區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)圖

2 減震填充砌體構(gòu)造要求

在周云教授文中，相關(guān)試驗(yàn)使用防水卷材與砌塊粘結(jié)方式，在實(shí)際施工作業(yè)中，砌體頂面、底面較為粗糙，平整度不高，不能全面達(dá)到試驗(yàn)室作業(yè)水平，不利于施工粘貼，且在減震層滑動(dòng)過(guò)程中容易造成凹凸處擠壓，造成局部破壞。為保證減震層進(jìn)行有效滑動(dòng)，減震層采用上下各一層4mm 厚帶保護(hù)層自粘SBS 防水卷材，選用600 ㎏/m3加氣混凝土材料預(yù)制120mm×200mm×(1200～1800)mm 優(yōu)等加氣塊，每米重14.4㎏，利于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，若砌體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度＜4m 可整塊預(yù)制，見(jiàn)圖2。

每個(gè)抗震分區(qū)左右交叉與相鄰混凝土框架柱單側(cè)剛性連接，另一側(cè)與框架柱間預(yù)留≥20mm 縫隙，縫隙采用阻燃高密度擠塑聚苯板填充，采用專(zhuān)用含膠聚合物砂漿與框架柱和砌體進(jìn)行粘結(jié)，見(jiàn)圖2。

圖2 減震層及側(cè)面柔性連接詳圖

3 試做工藝

為進(jìn)一步了解施工過(guò)程中的困難，更好地改進(jìn)工藝，選擇一處地下室備用庫(kù)房區(qū)隔墻做為試做場(chǎng)地，該處框架柱間凈距4200mm，梁下凈高3600mm。加氣混凝土砌塊為加筋優(yōu)等600 ㎏/m3，尺寸為寬200mm×高250mm×長(zhǎng)600mm，加氣混凝土材料預(yù)制寬200mm×高120mm×長(zhǎng)1200mm（1800mm）兩種長(zhǎng)塊。

按照減震分區(qū)理論，將填充墻分為三塊減震分區(qū)，為便利施工，在均分原則上按照材料模數(shù)進(jìn)行一定調(diào)整。在預(yù)排布過(guò)程中，各砌塊及灰縫總高度超出凈空40mm。此次將兩道抗震層下方的砌筑長(zhǎng)塊改為現(xiàn)澆100mm 厚細(xì)石混凝土層，在將來(lái)推廣中，預(yù)制長(zhǎng)塊可結(jié)合工程實(shí)際制作加工。經(jīng)過(guò)調(diào)整，從下往上劃分為1160mm、1270mm、1150mm，梁底留設(shè)20mm 做柔性連接構(gòu)造。為加強(qiáng)填充墻體整體性和抗平面外變形，按照砌體抗震構(gòu)造要求設(shè)置通長(zhǎng)拉結(jié)筋，在抗震區(qū)加長(zhǎng)砌塊上下緊鄰灰縫增設(shè)拉結(jié)筋進(jìn)行局部加密，見(jiàn)圖3。

圖3 減震層及側(cè)面柔性連接詳圖

在學(xué)者的新型減震墻體的構(gòu)造原理中，為避免減震墻在抗震工作時(shí)，抗震分區(qū)脫開(kāi)一側(cè)拉結(jié)筋與鋼筋混凝土框架柱相互作用的不利影響，將該處的拉結(jié)筋設(shè)置為一小段弧形鋼筋。為利于施工，此處改為45°折彎處理，見(jiàn)圖4。

圖4 脫開(kāi)處拉結(jié)筋折彎處理示意圖

同時(shí)，為提高填充墻在平面外穩(wěn)定性和抵抗地震作用時(shí)抗側(cè)向不利影響能力，在脫開(kāi)區(qū)按拉結(jié)筋間距設(shè)置內(nèi)向U 型卡件“夾”住砌體[6]，為提高U 型卡件強(qiáng)度，在參考《砌體填充墻結(jié)構(gòu)構(gòu)造》中相類(lèi)似的卡件材料和要求[7]，將L 型卡件沿墻面伸出端適當(dāng)延長(zhǎng)20～40mm，并在U 轉(zhuǎn)角處增設(shè)40mm 邊長(zhǎng)的三角形加強(qiáng)肋（見(jiàn)圖5），鋼材適度增厚至6mm，寬度調(diào)整為40mm。

圖5 U 型卡件布置示意圖

在最上面的抗震分區(qū)頂部與梁底有20mm 間隙，在砌體完成7 天后采用聚氨醋發(fā)泡材料充填，并與柱側(cè)脫開(kāi)區(qū)一道采用硅酮耐候膠或其他彈性密封材料封縫。同樣，為了提高填充墻在平面外穩(wěn)定性和抵抗地震作用時(shí)抗側(cè)向不利影響能力，參考圖集要求，在梁下方布置非加強(qiáng)型U 型卡件。

經(jīng)過(guò)試做，在周云教授等人提出的新型新型減震墻體構(gòu)造基礎(chǔ)上對(duì)施工工藝和擠出構(gòu)造提出幾項(xiàng)優(yōu)化建議：

⑴抗震減震分區(qū)選擇和設(shè)置上結(jié)合建筑材料進(jìn)行排布，在等分原則上進(jìn)行一定范圍的調(diào)整，滿足材料模數(shù)，利于施工作業(yè)。

⑵在減震層上下設(shè)置預(yù)制加氣混凝土長(zhǎng)塊，更好地保障減震層在抗震工作時(shí)進(jìn)行相對(duì)滑動(dòng)，同時(shí)利于鋪貼自粘型SBS 卷材。

⑶在最上面的抗震分區(qū)頂部增設(shè)U 型卡件，增強(qiáng)砌體頂部平面外穩(wěn)定性。

⑷在融入正常項(xiàng)目建設(shè)中，需配合后期建筑裝飾及安裝工程進(jìn)行細(xì)化策劃，將抗震分區(qū)與飾面塊材、涂料分割等相結(jié)合進(jìn)行規(guī)劃布置，減少正常工作狀態(tài)中出現(xiàn)飾面開(kāi)裂等不利影響，降低抗震工作后修繕難度。

4 結(jié)束語(yǔ)

周云教授等人提出的新型減震墻體構(gòu)造較常規(guī)剛性連接填充墻增加了施工工序，但較其他一些學(xué)者提出的剛性連接抗震構(gòu)造施工更為便利，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后施工難度進(jìn)一步降低，對(duì)過(guò)程質(zhì)量管控更為有利。

受限于對(duì)學(xué)者成果的理解深度和筆者的環(huán)境條件，未能進(jìn)一步展開(kāi)試做和研究，此次僅限于不需要設(shè)置構(gòu)造柱、構(gòu)造梁、無(wú)門(mén)窗洞口的填充墻進(jìn)行試做。在改進(jìn)過(guò)程中，增加了通長(zhǎng)拉結(jié)筋的密度，較常規(guī)抗震構(gòu)造增加了數(shù)道U 型卡件，施工成本有所增加。在后續(xù)的研究中將在以下幾個(gè)方面改進(jìn)該試做工藝，并邀請(qǐng)建筑結(jié)構(gòu)抗震研究學(xué)者進(jìn)行模擬計(jì)算：對(duì)柱側(cè)脫開(kāi)區(qū)設(shè)置的拉結(jié)筋折彎構(gòu)造，利用Q235 鋼筋自身物理特性來(lái)實(shí)現(xiàn)；更合理、更少地分布U 型卡件，保障填充墻體平面外穩(wěn)定性和抵抗地震作用時(shí)抗側(cè)向不利影響能力；在按照抗震分區(qū)后進(jìn)行抹灰和飾面裝飾的相關(guān)施工工藝。在進(jìn)一步成熟后進(jìn)行多種情況的破壞性試驗(yàn)，進(jìn)一步推進(jìn)工藝優(yōu)化，促進(jìn)填充墻抗震能力的提高，進(jìn)而提高結(jié)構(gòu)安全性和抵抗地震的能力。