混凝土剪力墙结构设计抗震性能分析

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建筑项目是拉动地区经济，完成城市化建设的根本途径。近年来随着城市的不断扩张，各项目施工单位将施工效率纳入了企业竞争力评价体系中来，进而引发了一系列建筑技术与工艺的改革与变更，其中预制工艺是较为成熟的一种，而预制混凝土剪力墙更是一种广受关注的技术体系。在针对预制混凝土剪力墙的研究体系中，大致可以分为预制方法、安装方法、质量控制以及相关技术指标达成率等多个方向，分别取得了较为丰硕的成绩。其中在针对技术指标达成的研究系统中，其抗震性能一直受到了一定的关注。同时，其具体的应用效果与提高手段缺乏系统性总结，这也是预制混凝土剪力墙施工标准出台“难产”的根本原因。在这样的背景下，本文将分如下三个部分对其具体的抗震性能进行总结与分析，旨在为后续的工艺应用提供必要的理论基础。

1预制混凝土剪力墙震害情况分析

从现有的建筑实践来看，预制混凝土剪力墙的抗震性能与其建筑状态(主要是层数)相关。一般情况认为，预制混凝土结构建筑在5层以下可以对8级地震形成有效的抗性，其出现整体坍塌的比例不超过30%;而在5层以上建筑的背景下，由于预制混凝土剪力墙内普遍缺乏钢筋结构，而其与梁板之间的联合也多以非粘结方式联和进而使得其在多(高)层建筑中的抗震性表现并不理想。如1988年亚美尼亚地震、1994年北岭地震、1995年神户地震中，5层以上混凝土剪力墙结构的建筑倒塌比例超过了40%。从抗震性产生的原理来看，一方面预制混凝土剪力墙的钢筋龙骨分布多为纵向分布，对于横向应力拉扯的抗性不足，而混凝土自身也缺乏抗震性能;另一方面则是不同预制混凝土结构单元之间缺乏有效的粘结，现有的粘结体系也多以防水、保温等功能实现为主，缺乏有效的应力支撑。结合上述两方面主要因素，形成了在较大等级地震下基于预制混凝土剪力墙的震害会表现出显著的开裂、整体倒塌、坍塌等情况，严重的影响了建筑的安全性。在这样的背景下，专家与学者对预制混凝土剪力墙的震害情况进行了深入的研究，普遍认为粘结特性与预制工艺对其震害情况会产生显著的影响。在粘结特性方面普遍的加入浇筑混凝土预留龙骨的方式来与预制剪力墙体系进行硬性粘结，进而形成有效的整体性，达到提升整体抗震性的根本目的;在预制混凝土施工工艺优化的角度上，主要通过了增加龙骨钢筋的方式来提高其自身的抗震性能，尤其是在针对横向应力龙骨框架构建的贡献里更是如此，有研究表明，横向龙骨钢筋投放比例每增加1%，则剪力墙整体抗震性能提高约3%。

2预制混凝土剪力墙预应力情况分析

根据预制混凝土剪力墙的不同施工模式与具体要求，其预应力情况大致分为整体结构抗震性能、横向接缝抗震性能以及竖向接缝抗震性能等三个类别。在整体结构抗震性能层面:整体抗震性能在实际的操作过程中主要通过水平荷载下的静力与动力实验来进行表征。以普遍的T型槽焊接连接模式为主要的施工研究主体，上述的静态荷载为标准抗震性能的130%，而在动力荷载方面该数值仅能够达到相关标准的87%。由此可见，预制混凝土剪力墙预整体抗震性能为静力大于动力，这对于地震振幅提高以及建筑高度增加情况下的抗震性能是具有一定的不利影响的。在横向接缝抗震性能层面:所谓的横向接缝主要是指预制混凝土剪力墙与其他建筑结构之间的水平关系。从其根本的角度来讲连接方式根据连接内容与方式的不同大致可以分为普通平整连接以及钢筋连接等两种方式，而在钢筋连接方面又可以按照不同的齿槽形状而进一步进行细分。根据现有的研究报道，带有抗剪键的界面接缝技术能够为其提供最高的水平应力水平，通过计算机模拟与拟合计算，认为此种水平应力范围能够有效的消除与抵抗8级以下的地震幅度。为此，我们有理由想想按照水平应力的提供幅度需要形成具有规范性范式的抗剪键结构来最为预制混凝土剪力墙预应力的水平支撑是一种科学方式。在纵向接缝抗震性能层面:现阶段的施工方式在竖向接缝处理中多采用焊接连接引入并填筑混凝土的方式来进行。根据钢筋介入量的不同而划分了三个层级。此种模式从总体角度而言能够为预制混凝土剪力墙提高较高的纵向支撑，并使得其在抗震性能方面具有一定的优秀表现。以标准8级地震(模拟震源深度1km，震中距离0km)的纵向应力为具体标准对不同情况下的钢筋进入量预制混凝土剪力墙进行分析得到:其总体应力达标量在83%－136%之间，范围内其用筋量每提高10%，应力贡献提高约8个百分点。

3预制混凝土剪力墙连接方式情况分析

从上文的分析中我们不难看出，预制混凝土剪力墙的抗震性能除了与其生产工艺以及具体的用料配伍相适应之外，具体的安装方式尤其是与其他建筑结构单元之间的连接方式对于其抗震性能的表达与提高具有积极贡献。而从现阶段的施工实践操作以及具体的质量标准来看，预制混凝土剪力墙具有相对完善的生产标准与质量规范(如装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1－2014)等)，进而对于其抗震性能的规范具有较高保障。与之相比的是安装过程缺乏必要的质量标准与操作流程进而使得不同建筑的抗震性能表现不一。在实际的剪力墙连接方式层面其大致分为如下几种:第一，插入式预留灌浆锚碇连接。此种连接模式在拉拔实验中表现突出，锚固单元稳固，不发生外部破坏，且内部钢筋在最大荷载120%的条件下没有滑移现象出现，适宜于抵抗较高等级地震带来的建筑结构影响;第二，加强箍筋式锚碇连接。此种连接方式由于采用了螺旋模式加强内部与连接处的锚碇连接，进而使得其整体的抗震性能优于前者，在拉拔实验中能够承载的最大应力水平为最大荷载的173%，同时在采用拉伸实验验证其纵向抗震能力时发现，其纵向应力水平也显著高于平均水平;第三，U型钢筋绑扎连接。此种连接方式为现阶段建筑施工的常见工艺，在施工周期与成本方面具有显著的优势。应用此种连接模式构建的预制混凝土剪力墙体系在抗震性能方面有一定的削减。同等条件下的应力支撑弱于上述两种其他连接方式。且由于U型钢筋绑扎带来的较大的横向滑移空间而使得其在水平应力层面的弱势表现更为突出。在其参与的标准抗震模拟实验中，其能够提供的垂直应力为92.6%，而水平应力仅为71.1%，但也能够达到基本的抗震性要求。

4总结

预制混凝土剪力墙加装是现代建筑施工的主要方式，由于其成本较低、工期较短等特性而广受关注。然而，近年来随着我国建筑标准的不断提高，此种工艺的应用所带来的抗震性能评估成为了热点。本文以此为研究对象，系统总结了预制混凝土剪力墙结构设计的抗震性能，并从震害情况、预应力情况以及连接方式等三个方面入手，对其具体的抗震性能展开评估，旨在为后续的工艺应用与优化提供必要基础与指导性意见。

作者:游子健 单位:广东宏图建筑设计有限公司江西分公司

参考文献:

［1］杨清波．预制混凝土剪力墙盒子结构足尺模型抗震性能试验研究［D］．哈尔滨工业大学，2015．

［2］李爱群，王维，贾洪，等．预制钢筋混凝土剪力墙结构抗震性能研究进展(Ⅰ):接缝性能研究［J］．防灾减灾工程学报，2013(05):600－605．

［3］兰天晴，赵少楠，薛艺鹏，等．预制钢筋混凝土剪力墙结构抗震性能研究综述［J］．土木建筑与环境工程，2015(S2):