格構(gòu)式混凝土墻體結(jié)構(gòu)性能研究進(jìn)展

摘要：為解決建筑高耗能、高污染等問(wèn)題，國(guó)家正在積極推動(dòng)綠色、節(jié)能、環(huán)保墻體結(jié)構(gòu)的發(fā)展。格構(gòu)式混凝土墻結(jié)構(gòu)體系作為一種新型墻體結(jié)構(gòu)，具備保溫節(jié)能、隔聲耐火、輕質(zhì)承重、施工便捷和環(huán)保等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。簡(jiǎn)要介紹了格構(gòu)式混凝土墻體結(jié)構(gòu)，歸納總結(jié)了格構(gòu)式混凝土墻體的軸壓、抗酸侵蝕、熱工、隔聲、耐候、抗震等性能，提出現(xiàn)階段格構(gòu)式混凝土墻體研究中的問(wèn)題和不足。諸多研究表明：格構(gòu)式混凝土墻體結(jié)構(gòu)的發(fā)展，是建筑材料循環(huán)利用和建筑垃圾資源化的重大需求，可用于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)；未來(lái)可從新型材料、整體結(jié)構(gòu)防火、復(fù)雜環(huán)境下凍融等方面提升其物理性能，結(jié)合減震技術(shù)開(kāi)展可恢復(fù)功能性、高層應(yīng)用方面的研究，進(jìn)一步提高其抗震性能，為格構(gòu)式混凝土墻體及其結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用提供重要的科學(xué)依據(jù)和技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：格構(gòu)式混凝土墻體；墻體形式；力學(xué)特性；抗震性能

中圖分類號(hào)：TU375.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

本文引用格式：唐柏贊，余廣汕，龔凱，等. 格構(gòu)式混凝土墻體結(jié)構(gòu)性能研究進(jìn)展[J]. 華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2024，41（5）：115-126.

Research on Structural Performance of Latticed Concrete Wall

Tang Baizan， Yu Guangshan， Gong Kai， Zhuang Haiyang， Liu Xuchen， Zhang Ji， Guo Wenjie

（State Key Laboratory of Performance Monitoring and Protecting of Rail Transit Infrastructure，

East China Jiaotong University， Nanchang， 330013， China）

Abstract： To solve the problems of high energy consumption and high pollution of buildings， China has been actively promoting the development of green， energy-saving and environmentally friendly wall structures. Among them， as a new type of wall structure， the lattice concrete shear wall structure has multiple functions such as heat preservation， energy saving， sound insulation， fire resistance， light weight bearing， convenient construction and environmental protection， becoming a hot spot of application and research in recent years. This study briefly introduces the form of lattice concrete wall structure， summarizes the axial compression， corrosion resistance， thermal， sound insulation， weather resistance， seismic and other properties of lattice concrete wall， and puts forward the problems and deficiencies in the research of lattice concrete wall at present. It shows that the development of lattice concrete wall structure is a major demand for the recycling of building materials and construction waste， which can be used for seismic design of building structures. In the future， its physical properties can be improved from the aspects of new materials， overall structural fire prevention， freeze-thaw in complex environment， etc.， and the research on recoverable functionality and high-rise application can be carried out in combination with shock absorption technology to further improve its seismic performance. It provides important scientific basis and technical support for the wide application of lattice concrete walls and their structures.

Key words： lattice concrete wall; wall form; mechanical properties; seismic performance

Citation format： TANG B Z， YU G S， GONG K， et al. Research on structural performance of latticed concrete wall[J]. Journal of East China Jiaotong University， 2024， 41（5）： 115-126.

在國(guó)家推進(jìn)“雙碳”戰(zhàn)略的背景下，建筑業(yè)作為能源消耗和碳排放的主要來(lái)源，成為了我國(guó)實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展的關(guān)鍵行業(yè)[1]。在建筑領(lǐng)域，迫切需要用具有良好保溫性能、節(jié)能、節(jié)土、環(huán)保的新型墻體材料來(lái)替代那些保溫性能差、能耗高的傳統(tǒng)建筑材料[2]。

格構(gòu)式混凝土墻體作為一種新型墻體，主要包括水泥聚苯模殼（EPSC）格構(gòu)式墻體（國(guó)外稱“ICF”或“RASTRA”墻體）、密肋復(fù)合墻體、現(xiàn)澆磷石膏-網(wǎng)格式框架組合墻等墻體體系。EPSC格構(gòu)式混凝土墻體是從國(guó)外引進(jìn)并結(jié)合我國(guó)設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)研發(fā)的一種集保溫節(jié)能、隔聲耐火、輕質(zhì)承重、施工便捷、環(huán)保等于一體的新型墻體，構(gòu)造示意圖如圖1所示；密肋復(fù)合墻體主要包括密肋框格、填充砌塊以及隱形邊框構(gòu)成，構(gòu)造示意圖如圖2所示；現(xiàn)澆磷石膏-網(wǎng)格式框架組合墻等墻體體系為我國(guó)自主研發(fā)，是在框架墻的基礎(chǔ)上內(nèi)嵌磷石膏實(shí)現(xiàn)，與密肋復(fù)合墻體類似，可應(yīng)用多個(gè)建筑場(chǎng)景。

與實(shí)心混凝土墻相比，格構(gòu)式混凝土墻體形式可大大節(jié)約建筑材料，并因其多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于住宅、酒店、廠房以及鐵路隔音墻體等建筑結(jié)構(gòu)中。因模殼在工廠預(yù)制，在施工工程不需要模板支護(hù)，可節(jié)省施工時(shí)間加快施工進(jìn)度，符合我國(guó)建筑施工的特點(diǎn)。這種墻體結(jié)構(gòu)既能方便快捷地施工，減少噪音和塵土污染，又具備建筑節(jié)能環(huán)保、保溫隔熱、抗震抗裂、隔音輕質(zhì)和承重能力強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)格構(gòu)式混凝土墻體的軸壓性能、熱工性能、隔聲性能、耐候性能、抗震性能等結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行綜述分析，為格構(gòu)式混凝土墻體的研究和工程應(yīng)用提供參考。

1 EPSC格構(gòu)式混凝土墻體

1.1 材料形式

EPSC格構(gòu)式混凝土墻體按構(gòu)件布置可分為內(nèi)墻和外墻，樓板與墻體的連接方式如圖3所示。外層模殼主要是由輕質(zhì)材料EPS構(gòu)成，具有極高的靈活性，可以根據(jù)施工需求進(jìn)行精細(xì)切割，從而滿足不同尺寸的要求。模殼構(gòu)件在建筑施工中起著模板和墻體保溫層的雙重作用。在施工階段，通過(guò)拼接標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件、實(shí)心平板構(gòu)件和邊端構(gòu)件，形成了相互連接的網(wǎng)格式空腔，模殼構(gòu)件充當(dāng)混凝土澆筑模板。在使用階段，模殼構(gòu)件則轉(zhuǎn)變?yōu)閴w的保溫隔熱層。模殼根據(jù)形式不同可分為十字形、米字形、模塑聚苯乙烯保溫模塊以及保溫砌模，如圖4所示。

通過(guò)改良材料配方，可以增強(qiáng)格構(gòu)式混凝土墻體在抗壓和抗拉方面的性能，并且提高其經(jīng)濟(jì)效益。這種材料優(yōu)化的方法有助于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能和成本效益之間的平衡，為格構(gòu)式混凝土墻體的廣泛應(yīng)用提供新的可能性。在抗壓性能方面，莫磊[3]開(kāi)展了EPS輕集料混凝土配合比試驗(yàn)，分析了影響EPS混凝土性能的相關(guān)因素，并基于力學(xué)性能試驗(yàn)獲得了最優(yōu)配合比。Babu等[4]在EPS混凝土中摻入一定濃度的硅粉與不加硅粉做對(duì)照試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)前者的密度是后者的2倍，并且其強(qiáng)度是后者的3倍，說(shuō)明添加一定濃度的硅粉可有效提高EPS混凝土的抗壓性能。Miled等[5]對(duì)3種孔隙率為10%～50%的EPS輕骨料進(jìn)行了抗壓試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了EPS混凝土抗壓強(qiáng)度存在粒徑效應(yīng)。并進(jìn)一步觀察到這種尺寸效應(yīng)對(duì)于低孔隙率混凝土的影響非常明顯，而對(duì)于孔隙率較高的混凝土影響則可以忽略不計(jì)。Garth[6]通過(guò)將85%的礦化木屑與15%的水泥混合制成墻體材料，并對(duì)其進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，這種新型墻體材料的抗壓強(qiáng)度相較于傳統(tǒng)材料有所提高。抗拉性能方面，徐陽(yáng)等[7]成功研發(fā)了一種以植物纖維混凝土為原料的模殼。由于植物纖維本身具有較高的抗拉強(qiáng)度和良好的延伸性，這種新型模殼能顯著增強(qiáng)混凝土在抗拉、抗彎、抗沖擊以及韌性等性能。經(jīng)濟(jì)性方面，孫利銘[8]通過(guò)計(jì)算現(xiàn)有輕骨料的傳熱系數(shù)對(duì)其進(jìn)行篩選，篩選出性價(jià)比較高的輕骨料，實(shí)現(xiàn)了降低建筑成本的目標(biāo)。

經(jīng)過(guò)廣泛的實(shí)驗(yàn)研究和多種改良添加劑的使用，研究人員開(kāi)發(fā)了多種改良方法和配方。這些改良后的墻體材料在力學(xué)性能、耐久性以及其他相關(guān)的物理性能方面都有了顯著的提高，為實(shí)際的工程應(yīng)用提供了重要的參考依據(jù)。然而，在眾多現(xiàn)有的改良研究中，提出的改性配方比較分散，即便是非常相似的改性方法，也可能得到不同的性能指標(biāo)。因此，如何將這些材料改性方法或配方進(jìn)行歸納、整理和加工，形成一套能夠指導(dǎo)格構(gòu)式墻體實(shí)際工程應(yīng)用的成果，仍然是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。此外，將工業(yè)廢棄物如礦渣、粉煤灰與EPS混凝土相結(jié)合，也成為了未來(lái)研究的熱點(diǎn)之一。

1.2 軸壓性能

曹啟坤等[9]研究了配筋率、有無(wú)模殼因素對(duì)EPSC格構(gòu)式墻體的軸心抗壓性能影響，其試件荷載-位移曲線如圖5所示，研究發(fā)現(xiàn)軸壓性能隨著配筋率的增加而增強(qiáng)，模殼與墻體相互作用增強(qiáng)了墻體的軸壓能力。宋春玲等[10]研究了偏心距對(duì)HR-EPS剪力墻的影響，發(fā)現(xiàn)偏心距對(duì)HR-EPS墻的承載力影響較大，偏心距越大，墻體的承載力越小；從破壞形態(tài)看，隨偏心距增大破壞位置由底部轉(zhuǎn)移到中部。

綜上，軸壓承載力受配筋率、偏心距的影響，但整體上軸向壓縮性能的變化并不明顯，通過(guò)適量摻加粉煤灰也可以提高墻體的抗壓變形能力。然而，目前的研究大多集中在對(duì)縮尺十字形墻體的模擬上，未來(lái)還需要開(kāi)展以下幾方面的研究工作：① 加強(qiáng)對(duì)高強(qiáng)格構(gòu)式墻體的研究工作，形成完整的理論體系，為設(shè)計(jì)和施工提供理論指導(dǎo)；② 進(jìn)一步完善足尺試件的試驗(yàn)研究或考慮試件尺寸效應(yīng)，真實(shí)反映原型構(gòu)件的實(shí)際受力性能，力求數(shù)據(jù)和理論的準(zhǔn)確；③ 雖已有一些改善格構(gòu)式墻體受壓性能的措施被提出，但材料用量尚需要進(jìn)一步研究明確。

1.3 抗酸侵蝕性能

為了研究EPS模塊在不同酸、堿環(huán)境下的耐久性，Bagon等[11]比較了相同濕密度的聚苯乙烯混凝土和珍珠巖混凝土在海水（堿性）環(huán)境下的力學(xué)性能。聚苯乙烯混凝土的抗壓強(qiáng)度、彈性模量和斷裂模量均顯著高于珍珠巖混凝土。楊勝光等[12]對(duì)水泥聚苯模殼在不同pH值模擬酸雨溶液中的抗酸侵蝕性能進(jìn)行了研究，分析了酸雨對(duì)模殼耐壓性和線膨脹系數(shù)的影響，結(jié)果表明：隨侵蝕齡期增加，模殼的質(zhì)量損失率、抗壓性能和抗折能力呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，而壓折比則呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。圖6為酸性環(huán)境下水泥聚苯模殼抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律。

EPS模殼在酸堿環(huán)境下的力學(xué)性能研究對(duì)于解決墻體老化和開(kāi)裂問(wèn)題具有重要意義。然而，為了使格構(gòu)式混凝土結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用，還需要更多的耐久性研究。這包括在單一和多因素作用下的破壞機(jī)理，以及環(huán)境與荷載耦合作用下的實(shí)際耐久性。特別是在復(fù)雜環(huán)境下，格構(gòu)式混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究需要進(jìn)一步加強(qiáng)，以完善其理論體系，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

1.4 熱工性能

目前我國(guó)廣泛采用的多種傳統(tǒng)保溫材料在防火方面存在明顯不足。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，這些材料在高溫作用下，抗壓強(qiáng)度和抗震能力通常會(huì)大幅降低，這無(wú)疑增加了建筑物的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，增強(qiáng)保溫材料的防火能力，確保它們?cè)跇O端高溫環(huán)境下能夠保持必要的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對(duì)于提升建筑安全至關(guān)重要。Koju等[13]采用電阻加熱法進(jìn)行熱試驗(yàn)，試驗(yàn)考慮了內(nèi)部傳熱，并通過(guò)穩(wěn)態(tài)傳熱方法測(cè)得EPS輕質(zhì)混凝土夾芯板在低、常、高和極端溫度下的總傳熱系數(shù)。孫洪明等[14]對(duì)各種規(guī)格改性水泥聚苯模殼格構(gòu)式自保溫墻體的熱阻值進(jìn)行了深入研究，如圖7所示，耐火極限試驗(yàn)顯示，當(dāng)火焰溫度達(dá)1 080 ℃并持續(xù)燃燒3 h，同時(shí)在頂部加載96 t荷載時(shí)，墻體仍然完整，背火面溫度僅上升5 ℃。這些墻體的耐火隔熱性、耐火承載力、耐火完整性均滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016—2014）對(duì)墻體耐火極限的要求。劉加強(qiáng)等[15]對(duì)EPSC格構(gòu)式墻體在不同厚度下的傳熱系數(shù)和熱惰性指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算分析。他們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于厚度為250 mm厚度EPSC外墻的傳熱系數(shù)和熱惰性指標(biāo)分別0.706 4 W/（m2·K），5.086 3。

綜上所述，現(xiàn)有的研究多集中在探討格構(gòu)式混凝土單面墻體的防火特性，對(duì)于整體結(jié)構(gòu)防火研究相對(duì)不足。因此，未來(lái)的研究應(yīng)加強(qiáng)格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的耐火性能與防火設(shè)計(jì)，目標(biāo)是建立復(fù)雜火災(zāi)環(huán)境下格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的通用設(shè)計(jì)理論。同時(shí)，研究還應(yīng)包括在復(fù)雜環(huán)境下格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的耐火韌性設(shè)計(jì)方法，目的是全面提高格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的被動(dòng)防火能力和災(zāi)后恢復(fù)能力，確保結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中不會(huì)發(fā)生垮塌。

1.5 隔聲性能

良好的隔音效果能夠?yàn)榫幼≌郀I(yíng)造出更加舒適和寧?kù)o的居住及學(xué)習(xí)空間。邵云波等[16]通過(guò)空氣聲計(jì)權(quán)隔聲量檢測(cè)方法，研究了EPSC墻體的隔聲量，如圖8所示，研究表明，250 mm的EPSC墻體能夠有效吸收噪聲，具有良好的隔聲效果；研究結(jié)果符合《聲學(xué) 房屋和建筑物結(jié)構(gòu)隔聲測(cè)試 第3部分：建筑物結(jié)構(gòu)空氣聲隔聲的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量》（GB/T 19889.3—2005）的要求。劉加強(qiáng)等[15]根據(jù)質(zhì)量隔聲定律，對(duì)300 mm和350 mm厚度的EPSC墻體進(jìn)行計(jì)權(quán)隔聲量計(jì)算，兩者的計(jì)權(quán)隔聲量分別為54.0 dB和54.4 dB。

綜上，EPSC墻板能夠有效吸收噪聲，并且具有良好的隔聲效果。未來(lái)的隔聲材料發(fā)展將傾向于采用EPS材料與粘彈性高分子材料復(fù)合，或者在EPS材料中添加有機(jī)、無(wú)機(jī)或金屬填料的方式，以提高面密度和隔聲性能。這一趨勢(shì)明確表明，復(fù)合材料和填料的使用是提高隔聲性能的有效方法。

1.6 耐候性能

耐候性是衡量結(jié)構(gòu)在不同自然環(huán)境下抵抗退化、降解和損壞能力的指標(biāo)。邵云波等[16]對(duì)EPSC格構(gòu)式混凝土墻體進(jìn)行了凍融循環(huán)試驗(yàn)。在25次循環(huán)凍融試驗(yàn)后，墻體的質(zhì)量和抗壓強(qiáng)度無(wú)明顯變化，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估EPSC模殼壽命可達(dá)50年以上。墻體耐候性能如表1所示。

目前，關(guān)于格構(gòu)式混凝土的抗凍性能研究大多只考慮凍融循環(huán)單一影響，忽視了氯鹽等環(huán)境因素及與荷載共同作用的復(fù)雜情況。此外，改善抗凍性能的措施也相對(duì)匱乏，缺乏對(duì)材料耐久性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工藝等多方面因素的綜合考量。為了深入探究格構(gòu)式墻體的抗凍性能，未來(lái)的研究需要綜合運(yùn)用室內(nèi)外試驗(yàn)，全面收集相關(guān)數(shù)據(jù)，并從微觀和宏觀兩個(gè)層面對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)估。這將有助于豐富和完善凍融作用下的損傷機(jī)理和理論，從而為格構(gòu)式混凝土墻體在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供更加有力的科學(xué)支撐。

1.7 抗震性能

在強(qiáng)震作用下，結(jié)構(gòu)水平位移較大，易造成嚴(yán)重的非結(jié)構(gòu)性破壞。因此，對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震性能的研究顯得尤為重要。Mehrabi[17]開(kāi)展了木框架墻體、鋼框架墻面板及格構(gòu)式混凝土墻體（ICF）試件的水平往復(fù)荷載試驗(yàn)研究，研究表明，格構(gòu)式混凝土墻體的平面內(nèi)橫向強(qiáng)度和剛度均高于相同高長(zhǎng)比的木材和鋼柱墻。Dusicka等[18-19]開(kāi)展了兩種不同的長(zhǎng)寬比（H/L=0.89，2.67）、不同豎向荷載條件的ICF墻體擬靜力試驗(yàn)，采用在ICF模板開(kāi)口處插入金屬絲網(wǎng)和在混凝土中加入鋼纖維兩種方法，以提升SGICF墻體平面內(nèi)抗震性能。張微敬等[20]開(kāi)展了剪跨比為1.13，2.02的大網(wǎng)格墻擬靜力試驗(yàn)，并提出了等效普通剪力墻的計(jì)算方法，研究表明：大網(wǎng)格墻可用于六層及以下的建筑，并適用于抗震烈度八度的場(chǎng)地。周中一等[21]，曹萬(wàn)林等[22]，張勇波等[23]對(duì)保溫模塊單排配筋再生混凝土剪力墻開(kāi)展了系列擬靜力試驗(yàn)，系列試驗(yàn)較完整體現(xiàn)了不同高寬比（高、中高、低矮）、不同構(gòu)造形式（一字形、L形）和不同厚度剪力墻的抗震性能，結(jié)果表明保溫模塊及其面層砂漿對(duì)剪力墻抗震性能有顯著影響，模塑聚苯乙烯保溫模塊單排配筋再生混凝土剪力墻可用于村鎮(zhèn)底層和多層抗震結(jié)構(gòu)中。Asadi P等[24]提出格構(gòu)式混凝土墻體系統(tǒng)的折減系數(shù)，通過(guò)非線性靜力分析（Pushover）和混凝土塑性損傷模型（CDP）確定了ICF墻體系統(tǒng)的延性降低系數(shù)。通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，他們認(rèn)為在高地震風(fēng)險(xiǎn)區(qū)格構(gòu)式墻體的延性符合抗震設(shè)計(jì)要求。

Lopez等[25]對(duì)矩形和T形截面的ICF（內(nèi)嵌混凝土）墻體進(jìn)行了平面彎曲實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了彎矩的解析模型，研究了細(xì)長(zhǎng)的格構(gòu)式混凝土墻體的變形能力，并對(duì)其變形能力、剛度、耗能和強(qiáng)度進(jìn)行了評(píng)估。實(shí)驗(yàn)中，他們將最后一個(gè)峰值循環(huán)的耗散能量（ELC）與每個(gè)試件在不同側(cè)向位移水平下第一個(gè)峰值循環(huán)的耗散能量（EFC）進(jìn)行了歸一化比較。ELC/EFC比值結(jié)果如圖9所示。從圖中可以觀察到，在較大的位移角范圍內(nèi)，能量耗散比介于0.4到1之間。這項(xiàng)研究表明，ICF墻體具有良好的非彈性變形能力和穩(wěn)定的力學(xué)響應(yīng)，其力學(xué)特性與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土墻體相近。

李小軍等[26]進(jìn)行了斜向肋格和傳統(tǒng)格構(gòu)式混凝土墻體擬靜力試驗(yàn)，如圖10（a）所示，在試驗(yàn)中兩種墻體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出類似的剪切破壞。結(jié)果表明：在傳統(tǒng)正交墻體的基礎(chǔ)上增加斜向肋格可提升墻體剛度和抗震性能，模殼和墻體的協(xié)同作用可增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的耗能能力。唐柏贊等[27]通過(guò)框架-格構(gòu)式混凝土填充墻的振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)探究了墻體房屋在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)，通過(guò)觀察框墻破壞情況，分析加速度放大系數(shù)變化、層間位移和應(yīng)變規(guī)律，評(píng)估框架-格構(gòu)式混凝土填充墻抗震性能，見(jiàn)圖10（b），實(shí)驗(yàn)顯示，在漸進(jìn)地震激勵(lì)下，EPSC的表面部分區(qū)域開(kāi)始變形，格構(gòu)梁和格構(gòu)柱出現(xiàn)一些水平、環(huán)形裂縫，RC框架未發(fā)生明顯破壞。

上述研究表明，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬驗(yàn)證，格構(gòu)式混凝土墻體在開(kāi)裂荷載和耗能能力方面均符合抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。然而，受實(shí)驗(yàn)條件限制，目前對(duì)格構(gòu)式墻體的研究尚不完善，未來(lái)研究中需要注意以下事項(xiàng)：① 現(xiàn)階段研究主要圍繞縮尺模型開(kāi)展，而材料及構(gòu)件的尺寸效應(yīng)、相似關(guān)系的處理將直接影響結(jié)構(gòu)受力性能分析，需對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確分析。② 與擬靜力試驗(yàn)相比，格構(gòu)式墻體的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)主要集中于框架填充墻結(jié)構(gòu)。未來(lái)的研究應(yīng)擴(kuò)展到多層格構(gòu)式墻體剪力墻的三維試驗(yàn)，以探索多層結(jié)構(gòu)在實(shí)地震作用下的抗震行為和破壞機(jī)制。③ 有限元分析能夠模擬結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，并在多工況和復(fù)雜荷載下進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，為實(shí)際工程提供有價(jià)值的參考。與試驗(yàn)研究相比，數(shù)值模擬的研究相對(duì)較少。因此，亟需在已有試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善有限元分析方法，以提高其在工程實(shí)踐中的應(yīng)用價(jià)值。

2 密肋復(fù)合墻體

2.1 抗震性能

密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)體系作為一種裝配式建筑結(jié)構(gòu)，具有施工速度快、輕質(zhì)節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，并有著良好的抗震性能。姚謙峰等[28]研究發(fā)現(xiàn)，密肋復(fù)合墻的四種常見(jiàn)的損傷形式分別為剪切、彎曲、剪切滑移以及復(fù)合型。郭猛等[29]運(yùn)用ETABS程序?qū)w在不同密肋框格構(gòu)形式下的動(dòng)力特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明密肋框格與外框架協(xié)同工作能有效提升結(jié)構(gòu)的剛度和抗震性能。賈穗子等[30]對(duì)正交肋格和斜交肋格框支密肋復(fù)合墻進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)，研究表明采用斜向肋格的砌筑方法可改善墻體的延性、抗倒塌能力和耗能能力。田鵬等[31]通過(guò)擬靜力試驗(yàn)研究鋼骨外框密肋復(fù)合墻體性能，發(fā)現(xiàn)其抗剪承載力和開(kāi)裂荷載較普通密肋復(fù)合墻體有所提高。劉佩等[32]使用輕鋼龍骨取代傳統(tǒng)鋼筋，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)新型密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)體系遵循“砌塊-框格-外框”的破壞順序，抗剪承載力比傳統(tǒng)鋼筋混凝土密肋復(fù)合墻提高了50%以上，具有優(yōu)越的抗震能力。袁泉等[33]采用擬靜力試驗(yàn)研究型鋼骨架和斜交肋格組合裝配的密肋復(fù)合板結(jié)構(gòu)的抗震性能，觀察各種類型墻體的破壞形態(tài)，如圖11所示（MW-1，MW-2分別為正交與斜交鋼筋混凝土；SMW-1，SMW-2分別為正交與斜交型鋼混凝土），結(jié)果表明，采用斜交肋格的設(shè)計(jì)可顯著增強(qiáng)墻體的抗剪承載力和側(cè)向剛度，同時(shí)也有效地提升了結(jié)構(gòu)耗能能力和剛度。

孫靜等[34]利用局部損傷值，并基于能量分析方法，構(gòu)建了一種整體損傷指標(biāo)，用于評(píng)估高溫后密肋復(fù)合墻體框格單元的承載能力；根據(jù)評(píng)估結(jié)果顯示，隨著受熱時(shí)間增加，框格單元的剩余承載力變化呈現(xiàn)出先快后慢的趨勢(shì)。此外，與雙面受熱相比，單面受熱的框格單元更快達(dá)到其極限承載力。這一現(xiàn)象主要是由于單面受熱導(dǎo)致溫度分布不均，進(jìn)而引發(fā)了較大的面外位移，從而加速了結(jié)構(gòu)損傷的累積過(guò)程。

密肋復(fù)合墻體在框格的基礎(chǔ)上內(nèi)嵌砌塊，其受力原理本質(zhì)上與“米”字形格構(gòu)式混凝土墻體相似。姚謙峰等[35]針對(duì)密肋復(fù)合墻體提出了一種簡(jiǎn)化模型，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖12所示。

等效斜撐的彈性模量按下式計(jì)算

[Eeq=ηVcEc+VqEq] （1）

式中：Ec， Eq分別為原墻板中混凝土、砌塊的彈性模量；Vc， Vq分別為原墻板中混凝土、砌塊的體積占比；η為混凝土纖維修正系數(shù)，取0.5。

有效寬度a為

[a=ζ（λ1h0）-0.4lqt] （2）

[λ1=Eeqtbsin2θ4EcIwkhb14] （3）

式中：h0為密肋復(fù)合墻板地面到暗梁中線間的距離；lqt為墻體軸線對(duì)角線長(zhǎng)度；tb為墻板厚度，θ為墻體對(duì)角線與水平線之間夾角；Iwk為邊框柱的慣性矩；hb為墻板高度；Ec為外框架混凝土的彈性模量；ζ為修正系數(shù)。

盧俊龍等[36]進(jìn)行了1∶15縮放比例的密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)-基礎(chǔ)-地基共同作用體系的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，旨在探究地震作用下基礎(chǔ)與地基的協(xié)同效應(yīng)，如圖13（a）所示。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)底部的彎矩和基底剪力較其他位置偏大，是最容易出現(xiàn)破壞的地方。當(dāng)基礎(chǔ)與地基發(fā)生脫離時(shí)，兩者之間的協(xié)同作用難以實(shí)現(xiàn)，這會(huì)對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，從而使整個(gè)上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性減弱。

何玉陽(yáng)[37]對(duì)1∶6縮尺模型的框支密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)，如圖13（b）所示，通過(guò)分析樓層結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性、加速度、位移、鋼筋應(yīng)變反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)框支密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層主要發(fā)生剪切破壞；轉(zhuǎn)換層附近樓層是結(jié)構(gòu)薄弱樓層。

當(dāng)前，密肋復(fù)合墻體的研究主要集中在擬靜力分析和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)上。這些研究通常能夠較為真實(shí)地模擬墻體在地震作用下的反應(yīng)，為工程實(shí)踐提供了有價(jià)值的參考。然而，在墻體的可恢復(fù)性、新型材料的運(yùn)用以及墻體結(jié)構(gòu)形式的創(chuàng)新等方面的研究還有待加強(qiáng)，特別是在提高墻體抗震韌性、優(yōu)化墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及探索墻體材料的可持續(xù)應(yīng)用等方面。

2.2 易損性分析

試驗(yàn)主要是定性評(píng)價(jià)密肋復(fù)合墻的抗震性能，然而，由于地震荷載具有較大的離散性，通過(guò)易損性分析可以從概率角度對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行量化評(píng)估，對(duì)抗震研究是重要補(bǔ)充。孫靜等[38]采用OpenSees建立了6層密肋復(fù)合墻模型，基于IDA分析和易損性理論，研究了不同轉(zhuǎn)換層剛度比（如圖14所示，M1～M6分別為4.973， 2.636， 1.793， 1.359， 1.094， 0.787）、肋柱數(shù)量、砌塊強(qiáng)度的變化以及混凝土強(qiáng)度對(duì)密肋復(fù)合墻體抗震性能的影響，由易損性曲線可以發(fā)現(xiàn)密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)的剛度比取值在1.0～2.5的區(qū)間內(nèi)時(shí)較為合理，肋梁、肋柱根數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震能力影響較為明顯，應(yīng)選擇合理的肋梁、肋柱數(shù)量；在滿足抗震規(guī)范的前提下，盡可能選擇強(qiáng)度較大的混凝土。

綜上，對(duì)于密肋復(fù)合墻的易損性分析較少，未來(lái)應(yīng)增加對(duì)高層結(jié)構(gòu)的易損性分析，以及通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)等方法探究最佳損傷指標(biāo)和地震動(dòng)指標(biāo)，以推動(dòng)密肋復(fù)合墻的易損性研究。

3 現(xiàn)澆磷石膏-網(wǎng)格式框架組合墻

3.1 抗壓性能

現(xiàn)澆磷石膏-網(wǎng)格式框架組合墻是由馬克儉[39]研發(fā)的新型建筑結(jié)構(gòu)墻體體系，該體系創(chuàng)新性地將磷石膏和網(wǎng)格式框架組合，不僅具有節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)，還適用于多種建筑場(chǎng)景。尹烽宇等[40]通過(guò)試驗(yàn)和有限元分析方法，對(duì)無(wú)填充的框架墻、磷石膏-混凝土組合墻以及改性磷石膏-混凝土組合墻的軸向壓縮性能進(jìn)行了對(duì)比分析，如圖15所示，分析結(jié)果表明，在框架墻的基礎(chǔ)上，添加磷石膏和改性磷石膏能顯著提升墻體的承載力，通過(guò)觀察破壞形式，發(fā)現(xiàn)改性磷石膏-混凝土墻體相較于其他兩種墻體更容易產(chǎn)生水平和斜向的裂縫，這表明其具有更佳的延性。董曉龍等[41]以偏心距為變量，對(duì)現(xiàn)澆磷石膏-框架組合墻體進(jìn)行了一系列抗壓實(shí)驗(yàn)，并著重探討構(gòu)件在整體抗震性能中的有效分配系數(shù)，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立等尺寸有限元模型，分析了墻體結(jié)構(gòu)的損傷情況；實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬表明，相較于層間梁，樓層梁更易發(fā)生破壞，而中柱也比邊柱更容易被壓壞，在最終破壞階段，磷石膏出現(xiàn)了崩塌，此外，墻體開(kāi)洞對(duì)結(jié)構(gòu)的軸壓性能有著明顯的影響，這可能是因?yàn)殚_(kāi)洞導(dǎo)致應(yīng)力集中使洞口成為了結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。

3.2 抗震性能

張華剛等[42]通過(guò)計(jì)算和工程驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)新型墻體結(jié)構(gòu)使用磷石膏可極大節(jié)約混凝土用量，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。盧亞琴等[43]開(kāi)展了3榀1/5縮尺墻體模型的擬靜力試驗(yàn)，結(jié)果表明，新型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出傳統(tǒng)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，試件各層均存在反彎點(diǎn)；結(jié)構(gòu)滯回曲線飽滿，具有較強(qiáng)的耗能能力，延性明顯強(qiáng)于傳統(tǒng)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)發(fā)生了典型的剪切破壞。

目前，現(xiàn)澆磷石膏-網(wǎng)格式框架組合墻的研究尚處于起步階段，國(guó)內(nèi)對(duì)此領(lǐng)域的關(guān)注和研究相對(duì)較少。盡管高性能混凝土因其高強(qiáng)度、優(yōu)異的抗裂性能和耐久性備受推崇，但將其應(yīng)用于網(wǎng)格墻結(jié)構(gòu)的研究仍然較少。探索新材料和技術(shù)的應(yīng)用，以提升網(wǎng)格墻的力學(xué)性能和抗震性能將成為未來(lái)研究的重要方向之一。

4 結(jié)語(yǔ)

文章概述了格構(gòu)式墻體在材料性能、軸壓性能、抗酸侵蝕、熱工性能、隔聲性能、耐候性能和抗震性能方面的研究工作。得出如下結(jié)論：格構(gòu)式墻體在酸堿性、火災(zāi)和凍融環(huán)境中表現(xiàn)出良好的性能；框架-格構(gòu)式混凝土墻協(xié)同效應(yīng)良好；剪跨比、配筋率和模殼等參數(shù)對(duì)軸壓和抗震性能有顯著影響，不同的格構(gòu)形式和材料對(duì)格構(gòu)式墻體結(jié)構(gòu)的抗震性能有不同的影響，需要綜合考慮結(jié)構(gòu)形式、材料特性和連接方式等因素，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的抗震性能。

國(guó)外對(duì)格構(gòu)式墻體的研究及應(yīng)用較為成熟，我國(guó)相關(guān)單位和設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蚝偷卣痫L(fēng)險(xiǎn)等實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和完善。建議針對(duì)格構(gòu)式混凝土墻體進(jìn)一步開(kāi)展以下研究工作：

1） 目前，對(duì)于高層建筑中格構(gòu)式混凝土剪力墻的易損性分析相對(duì)較少，探索如何使這類墻體突破現(xiàn)有建筑高度的限制，并促進(jìn)其在建筑領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用是未來(lái)研究的重要方向之一。

2） 目前，擁有格構(gòu)式混凝土墻體生產(chǎn)能力的大型企業(yè)數(shù)量有限，尚不能滿足建筑工業(yè)化快速發(fā)展的需求，因此這一領(lǐng)域仍具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α⒔Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、外部防護(hù)、設(shè)備管道以及內(nèi)部安裝系統(tǒng)集成一體化，是實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化的重要途徑。

3） 為了滿足綠色建筑發(fā)展的需求，人們將再生混凝土、工業(yè)礦渣、植物纖維板材等環(huán)保材料應(yīng)用于格構(gòu)式混凝土墻體的設(shè)計(jì)中，這些材料的使用有助于提高墻體的環(huán)保性能，促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4） 格構(gòu)式混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮震后快速恢復(fù)。通過(guò)采用可更換構(gòu)件的策略，可以在地震后迅速修復(fù)結(jié)構(gòu)中受損的部分，減少災(zāi)后重建的時(shí)間和成本。

5） 格構(gòu)式混凝土墻體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)融入減震技術(shù)，使其既能抵御地震沖擊，又能發(fā)揮耗能減震的作用。這種設(shè)計(jì)旨在減少地震對(duì)建筑和設(shè)備造成的破壞，降低經(jīng)濟(jì)損失，具有顯著的實(shí)用價(jià)值和社會(huì)效益。

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第一作者：唐柏贊（1989—），男，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)抗震和防災(zāi)減災(zāi)研究。E-mail： tangbaizan@163.com。

通信作者：莊海洋（1978—），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)閹r土地震工程。E-mail： zhuang7802@163.com。