裝配式建筑在多震地區的抗震性設計分析

韋 晨，吳晶晶

銅陵學院，安徽 銅陵 244000

0 引言

裝配式建筑對住宅產業化、建筑工業化起著重要的推動作用，同時，國外學者對于抗震性的設計也展開了研究，相關數據表明在現代建筑中裝配式建筑的結構整體抗震性要更加優秀。同時在建筑設計實例中也表現出裝配式建筑的抗震性優勢，墨西哥大地震中裝配式建筑的整體結構的損傷較小。日本有學者提出了后張法制作裝配式建筑的結構構件，通過后張法［1］制作而成的裝配式構件的抗震性能更加優秀，同時具有一定的震后修復能力，國內的研究人員也對后張法的生產工藝進行了深入的探索，證實了后張法生產的預制構件在地震發生時產生的損傷較小且易恢復。目前國內多家建筑公司擁有房屋建筑裝配式混凝土結構的關鍵技術，這些技術為裝配式建筑的發展創造了更多的條件，同時為裝配式建筑的安全性與整體性提供了更多的保障。目前國內的萬科集團所掌握的PC 技術，是以全預制混凝土的結構建造為側重點，可以很好地保證建筑的整體性，規避了后期的滲水問題，減少了濕作業的麻煩。中南集團掌握的NPC 技術，豎向構件采用全預制的構建方法，水平構件采用疊合的施工方法，技術完善可靠裝配率可達90%［2］。日本在當前是裝配式建筑發展較為成熟的國家，擁有著較為完備的技術與設計，日本的PCa 預制裝配式混凝土是其發展的重要環節，它的發展主要通過以下幾個階段，W-PC，R-PC，WR-PC。W-PC適用于中低層的建筑，結構的計算簡單，建筑的空間可以得到有效地利用，同時具有很高的效率，可以減少大量的作業時間和勞動力，有著良好的經濟性。R-PC 在建筑結構中抗震能力強，結構計算清晰，傳力良好，在建筑業中廣泛運用，采用輕材質和柔性連接方式使得建筑在地震發生時可以保證良好的抗震性，且該技術具有很強的靈活性，在高層建筑中也可以發揮良好的作用。WR-PC 技術擁有著優秀的設備設計自由度［3］。這些技術對于裝配式建筑在多震地區的應用都發揮了巨大的作用，也為更好的發展提供了思考方向。

然而不僅僅是施工技術，裝配式建筑的抗震性更需要設計和分析。房屋建筑裝配式結構與節點的抗震性設計，是在保證節點與結構的傳力均勻，整體受力性能良好的情況下，節點與結構仍具有良好的抗震減震性并能保證建筑的安全性。

裝配式建筑于多震地區需要考慮到結構的穩定、建筑的高度與剛度、建筑的抗震性。因此便需要注意到裝配式建筑的結構節點與連接設計，為保證裝配式建筑的抗震性，可以在節點與連接上進行設計。國內外的研究人員提出了很多的節點連接方式，一系列實驗的結果皆表明破壞多集中于連接的部位，所以需要對構件之間的連接設計多加研究與分析。

消能減震技術可以使得建筑的抗震性有效地提高，在地震發生時有效地降低地震作用給結構帶來的損傷。先一步于結構和節點承受和消耗地震能量，保護結構的完整性，同時具有一定的恢復能力。消能減震技術可以運用于裝配式建筑的結構與節點上，在裝配式建筑的抗震性設計上發揮重大的作用。

1 裝配式建筑的優點

裝配式建筑在現在的建筑業有著很大的發展前景，裝配式建筑做到了建筑工業化的生產，工廠流水線操作生產預制構件使得精度可掌控，同時減少了施工實地操作，避免了外界環境與天氣的影響，減少了現場的現澆工程所帶來的不必要的材料浪費與噪音污染環境污染，符合現在國家所倡導的綠色可持續發展的建筑產業化。

裝配式建筑使用預制構件結合實際現場和設計使用不同的裝配技術，使得建筑具有良好的整體性與安全性，減少了大量的勞動力，縮短了工程工期，是建筑工業化發展的首要之選。同時因為裝配式建筑的靈活性，節省勞動力和快捷等特點，在世界各地已有多處采用裝配式建筑，不僅僅是民用建筑的建造，裝配式建筑在緊急的公共事件下也可以發揮其優秀的特質，中國火神山醫院在有限的時間內能快速建成，便是得益于裝配式建造技術。使用預制構件現場裝配操作，在同樣有限的人力資源情況下，所有人目睹著火神山拔地而起，這是裝配式建筑在緊急公共事件下發揮作用的成功案例。視情況條件不同進行不同的設計分析，在多震地區裝配式建筑也可以很好的發揮其作用。

在震后的救援活動中，裝配式建筑可以減少大部分的勞動力，為救援工作節省下大量時間，在現場為人們提供保障的場所，為有需要的傷員提供緊急的救援場所，保證傷員能得到及時的救治。同樣不能忽略的是裝配式建筑的抗震性，在多震地區建筑的抗震性更受到人們的關注，在地震發生時大部分的傷亡來自于建筑物的倒塌，人們來不及避難從而造成大量人員傷亡。在多震地區對于建筑物的抗震性需要更多的關注，裝配式建筑于多震地區的應用會有很大的發展空間，也會為當地的人們帶來更多的安全保障。

中國是一個地震頻發的國家，地震導致大量人員傷亡與經濟損失，為了盡量減少人員的傷亡和財產的損失應該從建筑的抗震性著手。從建筑物的剛度，強度，延度等方面來提高建筑物的抗震性，但在不同的震級下僅僅于此并不能很好的滿足建筑的安全性要求，我們需要從建筑結構，節點等方面來加強建筑的抗震性，加固建筑，提高建筑的震后修復能力。

2 裝配式建筑的節點抗震設計

裝配式建筑中節點是建筑最重要的樞紐，是傳遞承載力，連接構件結構重要部分，節點需要具有良好的剛度、延性來保證核心區的穩定，同時框架節點應該具有良好的耗能以滿足建筑抗震性的要求，多震地區的裝配式建筑節點設計尤甚。

節點類型的選擇與設計決定了建筑的最終成果，其中節點的傳遞作用尤為重要，不同的節點設計存在其優點但也存在其不足，因此需要針對不同的情況采用不同的節點連接方式，在裝配式建筑中通過研究干式節點連接形式對于提高節點的抗震性有著良好的作用。

干式連接無需現場的濕作業和混凝土的澆筑機械化的連接操作，減少了現場施工帶來的不確定因素，作業快捷，施工安全，在目前干式連接的幾種連接方式包括焊接，鋼吊架式，螺栓式，牛腿式等。在抗震性的設計中牛腿連接方式的效果更佳，承載力效果也更好［4］。在實際設計中已有建筑采用該連接方式，在某地的裝配式停車樓采用了干式連接，預制率達90%，施工時減少了大量的人力也加快了工程作業時間。但節點的連接還有很大的發展空間，仍然需要更多的研究。

建筑的節點處較為薄弱，節點結合消能減震技術，增加消能減震裝置于梁柱節點處，消耗動力能量，減少結構帶來的損壞，面對地震帶來的能量，消能減震裝置能通過變形的方式消耗地震能量，保護節點連接。

3 裝配整體式預應力混凝土框架抗震設計

預制混凝土框架結構在工程中普遍應用，在裝配式建筑中與預制構件結合使得建筑的整體性，安全性，抗震性顯著提高，形成了裝配整體預應力混凝土框架。國內外的學者都對此進行了抗震性的研究，表明該結構體系具有良好的抗震性，對核心節點處損傷有一定程度的減少，同時具有較強的變形恢復性能。然而這些研究仍然存在局限性，所以國內學者又提出了新型裝配整體式預應力混凝土框架結構體系，由預制柱預應力T 型疊合梁和現澆節點核心區組成［5］，通過實驗研究證明了該結構節點試件滿足抗震性的要求，預應力試件變形小且有良好的耗能和變形恢復能力。

4 消能減震結構抗震設計

地震時大地的運動能量通過基礎傳遞給建筑，建筑結構損傷、晃動、斷裂，增加消能減震結構的設計與運用，在結構中安裝消能器，消耗地震能量減少建筑物的震動，該技術可以有效地減緩地震帶來的反應，減少建筑結構的損傷，使得建筑的抗震性顯著提高，從而有效地減少地震帶來的人員傷亡。

消能減震技術是在結構的某些位置設置耗能裝置，通過裝置的彈塑性變形先一步消耗地震帶來的能量，減少了能量對于建筑結構的損傷，耗能裝置元件的不同給消能減震技術帶來了很大的靈活性，適用于不同的建筑結構，為多震地區裝配式建筑的應用增加了更多的可操作性。

環形彈簧阻尼器在裝配式結構中運用，具有良好的抗震性，同時也具有良好的自我恢復能力。環形彈簧于工程領域中廣泛地運用，具有良好的耗能性，其強度高，使用空間小且減震與緩沖能力優秀［6］，先前多用于橋梁等建筑結構中，在裝配式建筑中也可以考慮在節點結構處增加，減緩地震能量給裝配式建筑帶來的損傷。消能減震技術在裝配式建筑的鋼-混組合主次結構中也有著顯著的作用，有著良好的減震控制，很大程度的減小了構建的損傷［7］。

裝配式建筑的結構構件使用新型預制消能減震復合墻板的設計使得建筑具有良好的抗震性和整體性。國內學者提出了新型預制消能減震復合墻板的設計并進行了研究與分析。實驗數據表明該新型預制消能減震復合墻板降低了建筑結構的破壞，有效地消耗了地震能量的同時，最大限度的發揮了消能減震的作用［8］。給多震地區的裝配式建筑的應用帶來了很大的作用。

5 結語

多震地區的裝配式建筑的抗震性分析于此，了解了消能技術于節點與結構上的應用，了解了不同的節點連接方式所具有的不同性質。這些設計提高了裝配式建筑的抗震性，保證了結構的穩定性。基于裝配式結構和節點下的抗震性設計采用了不同的節點連接方式，嘗試了不同的消能減震裝置，在靈活多變的技術與施工下考慮到多種的方法用于減震的設計，然而也不僅僅于此，仍然需要更多的研究與分析以保障多震地區裝配式建筑的應用可以滿足其所需的安全性。