混凝土剪力墻結構設計抗震性能分析

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建筑項目是拉動地區經濟，完成城市化建設的根本途徑。近年來隨著城市的不斷擴張，各項目施工單位將施工效率納入了企業競爭力評價體系中來，進而引發了一系列建筑技術與工藝的改革與變更，其中預制工藝是較為成熟的一種，而預制混凝土剪力墻更是一種廣受關注的技術體系。在針對預制混凝土剪力墻的研究體系中，大致可以分為預制方法、安裝方法、質量控制以及相關技術指標達成率等多個方向，分別取得了較為豐碩的成績。其中在針對技術指標達成的研究系統中，其抗震性能一直受到了一定的關注。同時，其具體的應用效果與提高手段缺乏系統性總結，這也是預制混凝土剪力墻施工標準出臺“難產”的根本原因。在這樣的背景下，本文將分如下三個部分對其具體的抗震性能進行總結與分析，旨在為后續的工藝應用提供必要的理論基礎。

1預制混凝土剪力墻震害情況分析

從現有的建筑實踐來看，預制混凝土剪力墻的抗震性能與其建筑狀態(主要是層數)相關。一般情況認為，預制混凝土結構建筑在5層以下可以對8級地震形成有效的抗性，其出現整體坍塌的比例不超過30%;而在5層以上建筑的背景下，由于預制混凝土剪力墻內普遍缺乏鋼筋結構，而其與梁板之間的聯合也多以非粘結方式聯和進而使得其在多(高)層建筑中的抗震性表現并不理想。如1988年亞美尼亞地震、1994年北嶺地震、1995年神戶地震中，5層以上混凝土剪力墻結構的建筑倒塌比例超過了40%。從抗震性產生的原理來看，一方面預制混凝土剪力墻的鋼筋龍骨分布多為縱向分布，對于橫向應力拉扯的抗性不足，而混凝土自身也缺乏抗震性能;另一方面則是不同預制混凝土結構單元之間缺乏有效的粘結，現有的粘結體系也多以防水、保溫等功能實現為主，缺乏有效的應力支撐。結合上述兩方面主要因素，形成了在較大等級地震下基于預制混凝土剪力墻的震害會表現出顯著的開裂、整體倒塌、坍塌等情況，嚴重的影響了建筑的安全性。在這樣的背景下，專家與學者對預制混凝土剪力墻的震害情況進行了深入的研究，普遍認為粘結特性與預制工藝對其震害情況會產生顯著的影響。在粘結特性方面普遍的加入澆筑混凝土預留龍骨的方式來與預制剪力墻體系進行硬性粘結，進而形成有效的整體性，達到提升整體抗震性的根本目的;在預制混凝土施工工藝優化的角度上，主要通過了增加龍骨鋼筋的方式來提高其自身的抗震性能，尤其是在針對橫向應力龍骨框架構建的貢獻里更是如此，有研究表明，橫向龍骨鋼筋投放比例每增加1%，則剪力墻整體抗震性能提高約3%。

2預制混凝土剪力墻預應力情況分析

根據預制混凝土剪力墻的不同施工模式與具體要求，其預應力情況大致分為整體結構抗震性能、橫向接縫抗震性能以及豎向接縫抗震性能等三個類別。在整體結構抗震性能層面:整體抗震性能在實際的操作過程中主要通過水平荷載下的靜力與動力實驗來進行表征。以普遍的T型槽焊接連接模式為主要的施工研究主體，上述的靜態荷載為標準抗震性能的130%，而在動力荷載方面該數值僅能夠達到相關標準的87%。由此可見，預制混凝土剪力墻預整體抗震性能為靜力大于動力，這對于地震振幅提高以及建筑高度增加情況下的抗震性能是具有一定的不利影響的。在橫向接縫抗震性能層面:所謂的橫向接縫主要是指預制混凝土剪力墻與其他建筑結構之間的水平關系。從其根本的角度來講連接方式根據連接內容與方式的不同大致可以分為普通平整連接以及鋼筋連接等兩種方式，而在鋼筋連接方面又可以按照不同的齒槽形狀而進一步進行細分。根據現有的研究報道，帶有抗剪鍵的界面接縫技術能夠為其提供最高的水平應力水平，通過計算機模擬與擬合計算，認為此種水平應力范圍能夠有效的消除與抵抗8級以下的地震幅度。為此，我們有理由想想按照水平應力的提供幅度需要形成具有規范性范式的抗剪鍵結構來最為預制混凝土剪力墻預應力的水平支撐是一種科學方式。在縱向接縫抗震性能層面:現階段的施工方式在豎向接縫處理中多采用焊接連接引入并填筑混凝土的方式來進行。根據鋼筋介入量的不同而劃分了三個層級。此種模式從總體角度而言能夠為預制混凝土剪力墻提高較高的縱向支撐，并使得其在抗震性能方面具有一定的優秀表現。以標準8級地震(模擬震源深度1km，震中距離0km)的縱向應力為具體標準對不同情況下的鋼筋進入量預制混凝土剪力墻進行分析得到:其總體應力達標量在83%－136%之間，范圍內其用筋量每提高10%，應力貢獻提高約8個百分點。

3預制混凝土剪力墻連接方式情況分析

從上文的分析中我們不難看出，預制混凝土剪力墻的抗震性能除了與其生產工藝以及具體的用料配伍相適應之外，具體的安裝方式尤其是與其他建筑結構單元之間的連接方式對于其抗震性能的表達與提高具有積極貢獻。而從現階段的施工實踐操作以及具體的質量標準來看，預制混凝土剪力墻具有相對完善的生產標準與質量規范(如裝配式混凝土結構技術規程》(JGJ1－2014)等)，進而對于其抗震性能的規范具有較高保障。與之相比的是安裝過程缺乏必要的質量標準與操作流程進而使得不同建筑的抗震性能表現不一。在實際的剪力墻連接方式層面其大致分為如下幾種:第一，插入式預留灌漿錨碇連接。此種連接模式在拉拔實驗中表現突出，錨固單元穩固，不發生外部破壞，且內部鋼筋在最大荷載120%的條件下沒有滑移現象出現，適宜于抵抗較高等級地震帶來的建筑結構影響;第二，加強箍筋式錨碇連接。此種連接方式由于采用了螺旋模式加強內部與連接處的錨碇連接，進而使得其整體的抗震性能優于前者，在拉拔實驗中能夠承載的最大應力水平為最大荷載的173%，同時在采用拉伸實驗驗證其縱向抗震能力時發現，其縱向應力水平也顯著高于平均水平;第三，U型鋼筋綁扎連接。此種連接方式為現階段建筑施工的常見工藝，在施工周期與成本方面具有顯著的優勢。應用此種連接模式構建的預制混凝土剪力墻體系在抗震性能方面有一定的削減。同等條件下的應力支撐弱于上述兩種其他連接方式。且由于U型鋼筋綁扎帶來的較大的橫向滑移空間而使得其在水平應力層面的弱勢表現更為突出。在其參與的標準抗震模擬實驗中，其能夠提供的垂直應力為92.6%，而水平應力僅為71.1%，但也能夠達到基本的抗震性要求。

4總結

預制混凝土剪力墻加裝是現代建筑施工的主要方式，由于其成本較低、工期較短等特性而廣受關注。然而，近年來隨著我國建筑標準的不斷提高，此種工藝的應用所帶來的抗震性能評估成為了熱點。本文以此為研究對象，系統總結了預制混凝土剪力墻結構設計的抗震性能，并從震害情況、預應力情況以及連接方式等三個方面入手，對其具體的抗震性能展開評估，旨在為后續的工藝應用與優化提供必要基礎與指導性意見。

作者:游子健 單位:廣東宏圖建筑設計有限公司江西分公司

參考文獻:

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