簡易裝配式剪力墻結構的基礎隔震設計研究

牟 星

（東莞理工學院城市學院）

引言

裝配式剪力墻結構是一種工業化程度較高建筑結構體系，主要優點是可以進行商品化生產，現場施工效率高，勞動強度低，自重較輕，結構強度與變形能力均比混合結構好[1]。裝配式剪力墻結構抗震性能的研究是裝配式剪力墻結構進入實際應用的重要保證。如何提高該類結構的抗震性能，有待于進一步研究。[2]本文在參考文獻研究的基礎上，對以普通預制裝配式鋼筋混凝土剪力墻為上部結構進行隔震設計研究。

1 國內裝配式建筑的應用現狀

裝配式建筑在我國應用廣泛，國家正大力推動建筑節能，國務院在《綠色建筑行動方案》文件中提出，要大力推動建筑產業化，通過“標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理，智能化應用”[3]。

設計階段，裝配式建筑通過保證建筑構件的尺寸和強度等，使結構滿足安全性和耐久性。近年來BIM信息化技術的應用增強了設計階段對建筑全壽命周期影響和控制，有利于裝配式建筑結構的標準化和工業化。

施工階段，裝配式建筑50%以上的工作在工廠內完成，通過標準化模具生產出墻柱梁板等結構構件，經過檢驗合格后，運輸至施工場地，完成現場的吊裝和安裝。在現場可以減少濕作業，加快施工進度，節省施工工期。

我國建筑工業化，標準化、程序化程度較低，施工安裝中效率較低，導致裝配式建筑的經濟效益偏低。裝配式建筑規范化和標準化研究有待加強。

2 裝配式剪力墻結構應用與研究進展

預制裝配式剪力墻結構較早的形式為預制裝配式鋼筋混凝土墻板結構，20世紀60年代裝配式剪力墻結構體系在歐洲及北美得到迅速發展，隨后被中國引進，然而由于預制裝配式大板結構體系在地震中表現不佳，裝配式建筑的整體性和抗震性能有待進一步研究提高。20世紀90年代，美國和日本的預制混凝土抗震性能研究項目，共同提出了無粘結后張拉預應力預制混凝土剪力墻結構體系簡稱UPPCW結構[2]。朱張峰等[4]對全預制裝配式剪力墻結構（NPC體系）節點性能進行了試驗研究和有限元分析，潘陵娣等[5]進行了預制疊合板式剪力墻的擬靜力試驗研究和非線性有限元分析。

3 基礎隔震裝配式剪力墻結構設計原則及設計流程

裝配式剪力墻結構體系，有很好的承載能力，而且有很好的整體性和空間作用，其剛度和強度較平面裝配式剪力墻高可承受較大的水平荷載。本文的模型為筒體裝配式剪力墻模型。

常規裝配式剪力墻結構的設計原則包括：

（1）裝配式剪力墻的布置，沿建筑物的主要軸線雙向布置，避免僅單向有墻的結構布置形式，并宜使兩個方向抗側剛度接近。

（2）裝配式剪力墻應盡量拉通對直，以增加抗震能力，門窗洞口上下各層對齊，形成明確的墻肢和連梁，使受力明確，計算簡單。

基礎隔震裝配式剪力墻結構由于在地震中的安全性高于普通抗震設計，所以在設計標準上可以適當放寬，更有利于提高建筑結構的經濟效益，隔震結構設計原則有：

（1）“以柔克剛”的原則，即在某些隔震設計中為滿足隔震設計的需求會對上部裝配式剪力墻進行調整和刪減，具體按實際工程需求而定。

（2）位移控制原則，裝配式剪力墻隔震結構基礎在地震力下位移較大，應控制結構的位移不超限。

（3）隔震布置。隔震裝配式剪力墻結構的隔震層設計，由于上部結構裝配式剪力墻位置剛度較大，承擔力較大，所以轉換層轉換梁截面比較大。如不合理設計轉換層容易增加工程造價。為避免隔震層轉換梁截面過大，控制隔震支座的間距，保持合適的間距。隔震支座的布置必須盡量簡單、規則、對稱、整齊，以減小上部結構的扭轉和位移。鉛芯橡膠支座與非鉛芯橡膠支座配合使用，根據屈重比和風壓等初步確定鉛芯橡膠支座的總數，然后根據柱底軸壓確定支座的直徑。當上部結構較復雜，隔震后容易引起局部的扭轉超限，此時，應該調整上部結構的裝配式剪力墻，通過開洞或者調整裝配式剪力墻位置來優化設計。裝配式剪力墻結構的基礎隔震設計基本步驟可以概括為：

①根據建筑平面設計圖確定裝配式剪力墻的布置布置方案，為保證隔震支座的受力均勻，裝配式剪力墻應該盡量分散、對稱布置。

②裝配式剪力墻的數量確定后，根據結構整體的剛度確定裝配式剪力墻的厚度以及開洞率。

③通過建立PKPM的模型，用SATWE對結構進行受力分析，驗算構件的配筋率，層位移等。調整墻的布置方案。

④由調整后的布置方案確定上部結構的PKPM模型。

⑤添加隔震層后計算分析并確定隔震層的柱、梁截面。

⑥根據添加隔震層后的PKPM模型建立ETABS模型并對比兩個模型的質量、周期、地震力，保證模型誤差在可用范圍內。

⑦選取地震波，按照建筑抗震設計規范選取7條地震波。

⑧輸入地震波，分別建立小震、中震和大震的模型進行時程分析，將得到的減震系數等數據反饋回PKPM模型，進行結構優化和配筋等。

4 結語

介紹了裝配式建筑的研究現狀，闡述了鋼筋混凝土剪力墻結構常規抗震設計的設計原則和設計思路，總結了預制裝配式鋼筋混凝土剪力墻結構的設計原則，詳細歸納了裝配式鋼筋混凝土剪力墻結構基礎隔震的設計步驟，現總結如下：

（1）預制裝配式建筑的應用源自歐美，在我國的應用前景很廣，尤其在民用建筑領域得到了大力推廣。

（2）預制裝配式鋼筋混剪力墻結構的整體性較差，采用常規抗震設計時抗震效果較差，宜采用基礎隔震設計，以減小地震水平作用力。

（3）合理布置隔震支座，選擇支座參數是預制裝配式鋼筋混凝土結構基礎隔震設計的關鍵。