對裝配式建筑抗震性能的分析與研究

白冰

山東省冶金設(shè)計院股份有限公司 山東萊蕪 250101

地震將會對建筑造成巨大危害，還會嚴(yán)重威脅人們的生命財產(chǎn)安全。相關(guān)研究人員對裝配式建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析，采取有效地優(yōu)化改善措施，從而切實提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

1 地震對建筑的危害概述

地震災(zāi)害有較強(qiáng)的破壞力，會嚴(yán)重?fù)p害建筑，給人們的生命安全造成較大的威脅。地震損害建筑的情況可分為以下三方面：第一，地震會導(dǎo)致建筑地基出現(xiàn)震陷以及沙土嚴(yán)重液化的情況，會使建筑地基失去效能。第二，地震會致使地面出現(xiàn)嚴(yán)重變形的情況，會使建筑中心偏斜，甚至?xí)斐山ㄖ顾５谌?，建筑結(jié)構(gòu)物因地震帶來的地面劇烈運動，會出現(xiàn)框架變形以及連接處毀壞的情況，建筑構(gòu)件失去穩(wěn)定性，面臨著整體傾覆的危險[1]。

2 裝配式建筑常見的結(jié)構(gòu)

裝配式建筑的砌塊建筑結(jié)構(gòu)是用提前預(yù)制的塊狀材料砌成混凝土墻體，應(yīng)用于建造低層建筑有較大的優(yōu)勢，可通過提高砌塊的強(qiáng)度、增多配置鋼筋以及增加適當(dāng)層數(shù)等方式使裝配式建筑更加穩(wěn)固。砌塊建筑具有適應(yīng)性強(qiáng)的特點，生產(chǎn)工藝及具體施工都較為簡單，造價成本投入較少，取材方便。小型建筑砌塊可通過人力進(jìn)行搬運及砌筑，有較強(qiáng)的靈活性，工業(yè)化不強(qiáng)。中型的砌塊可通過小型吊車進(jìn)行吊裝搬運，可減少部分人力成本支出。建筑砌塊有實心砌塊和空心砌塊，其中實心砌塊所選用的質(zhì)地材料較輕。在利用砌塊進(jìn)行實際施工時，施工人員應(yīng)做好接縫工作。

3 裝配式建筑混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點的抗震性能分析

3.1 混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點的裝配式連接

3.1.1 螺栓連接節(jié)點

為將裝配式建筑混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點加以明確，研究學(xué)者選取了五個梁柱節(jié)點，給予各節(jié)點相同的反復(fù)加載試驗分析。其中現(xiàn)澆節(jié)點、帶牛腿的現(xiàn)澆筑焊接節(jié)點以及兩個螺栓連接點各有一個，還有在后澆位置存在不同的整體式節(jié)兩個。經(jīng)實驗結(jié)果對比分析可知：裝配式混凝土框架節(jié)點和現(xiàn)澆節(jié)點在強(qiáng)度、剛度以及耗能能力等方面相同，可應(yīng)用于地震較為頻繁的地區(qū)。除焊接節(jié)點以外，其他節(jié)點處的層面位移都能達(dá)到百分之三點五，其延性足夠支撐裝配式建筑正常使用。螺栓連接節(jié)點的強(qiáng)度及延性等各方面都較強(qiáng)于其他裝配式節(jié)點，施工操作比較簡單方便。但在實際節(jié)點連接時，施工人員應(yīng)采取焊肋連接點表面等必要的加固構(gòu)造連接措施，以免結(jié)構(gòu)鋼連件和混凝土間出現(xiàn)相對滑動的情況[2]。

3.1.2 焊接節(jié)點

相關(guān)研究學(xué)者選取了相同位置的焊接節(jié)點及現(xiàn)澆節(jié)點進(jìn)行對比試驗分析。其中焊接節(jié)點則是采用頂板及側(cè)板等進(jìn)行焊接，使框架連接起來。經(jīng)調(diào)查分析焊接節(jié)點和現(xiàn)澆筑節(jié)點的強(qiáng)度、剛度以及耗能大小無較大差別。在裝配式建筑混凝土框架連接側(cè)板能在一定程度上增強(qiáng)節(jié)點承載力，還能有效降低節(jié)點變形程度，對維護(hù)整個框架結(jié)構(gòu)起到關(guān)鍵性作用。在進(jìn)行具體焊接過程中，應(yīng)對重點考量焊接節(jié)點的寬度，特是焊接節(jié)點已承受較大的反向反復(fù)彎矩壓力的情況下。為保障工程建造的安全性，相關(guān)工作人員應(yīng)結(jié)合實際建設(shè)情況認(rèn)真考慮反向反復(fù)彎矩后的框架結(jié)構(gòu)限值。

3.2 混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點的等效現(xiàn)澆連接

3.2.1 預(yù)應(yīng)力拼接式節(jié)點

在90年代，相關(guān)研究學(xué)者對預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)抗震進(jìn)行了專項研究分析，仔細(xì)研究了其中的預(yù)應(yīng)力筋拼接節(jié)點的相關(guān)性能等，并慎重選取了八個無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點，并對其進(jìn)行了地周反復(fù)加載試驗。研究結(jié)果可概括為以下三方面：第一，在節(jié)點內(nèi)及節(jié)點兩側(cè)的一定范圍內(nèi)，預(yù)應(yīng)力筋不會出現(xiàn)黏結(jié)混凝土的情況。在混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點出現(xiàn)較大變形時，預(yù)應(yīng)力筋仍具有較好的彈性。第二，在變形程度較大的情況下，預(yù)應(yīng)力拼接力筋節(jié)點的殘余變形程度、剛度與強(qiáng)度的衰退程度都比較小，其節(jié)點仍具有強(qiáng)的復(fù)原能力。第三，在預(yù)應(yīng)力約束作用的制約下，有助于保障節(jié)點區(qū)的抗剪性能，可將節(jié)點去箍筋用量適當(dāng)減少，從而減少成本支出。經(jīng)大量的試驗結(jié)果證實，出現(xiàn)大變形的情況下，節(jié)點只會出現(xiàn)比較輕微的損壞。但預(yù)應(yīng)力拼接式節(jié)點的耗能性能比現(xiàn)澆節(jié)點弱[3]。

同時研究學(xué)者為將現(xiàn)澆節(jié)點和預(yù)應(yīng)力拼接節(jié)點的差異進(jìn)行明確，對兩種類型的節(jié)點進(jìn)行反復(fù)加載對比試驗分析，把預(yù)應(yīng)力筋的類型及位置、是否與混凝土間存在黏結(jié)情況等都作為預(yù)應(yīng)力拼接節(jié)點參數(shù)變化。經(jīng)試驗結(jié)果表明梁端混凝土存在壓碎情況、預(yù)應(yīng)力筋手拉屈服以及梁柱界面出現(xiàn)一定程度的裂縫等都屬于預(yù)應(yīng)力拼接節(jié)點的破壞表現(xiàn)特征。預(yù)應(yīng)力筋位置會在很大程度上影響梁柱界面的裂縫寬度。預(yù)應(yīng)力拼接節(jié)點遭受破壞后，耗能累積可達(dá)現(xiàn)澆筑節(jié)點的百分之八十左右。若預(yù)應(yīng)力拼接節(jié)點與混凝土出現(xiàn)黏結(jié)情況，耗能優(yōu)勢較大。相對于現(xiàn)澆節(jié)點，預(yù)應(yīng)力拼接節(jié)點的位移延性系統(tǒng)較高。

3.2.2 后澆整體式節(jié)點

相關(guān)研究人員為將后澆整體式節(jié)點的相關(guān)性能加以有效明確，對節(jié)點進(jìn)行了反復(fù)加載試驗，后澆整體式節(jié)點試件應(yīng)用了帶彎鉤鋼筋及預(yù)制構(gòu)件端部伸出直筋在節(jié)點區(qū)進(jìn)行搭接構(gòu)造，并對其進(jìn)行對比。試驗結(jié)果分析證明，若后澆整體式節(jié)點構(gòu)造存在差異，試件整體試驗反應(yīng)不會受到較大影響。后澆整體式節(jié)點的各試件有較好的耗能、延性以及強(qiáng)度等性能，層間側(cè)移高達(dá)百分之二點四以上，其位移延性系數(shù)可達(dá)到六或以上。比較其抗震性能，后澆整體式節(jié)點可等于或超過現(xiàn)澆節(jié)點。

4 結(jié)語

綜上所述，相關(guān)研究人員應(yīng)全面了解裝配式建筑的構(gòu)造，結(jié)合地震特點，研究分析裝配式建筑螺栓連接節(jié)點、焊接節(jié)點、預(yù)應(yīng)力拼接式節(jié)點以及后澆整體式節(jié)點，對其進(jìn)行合理優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)裝配式建筑的抗震性能有效提升，推動建筑行業(yè)裝配式發(fā)展進(jìn)步。