高烈度地區裝配式建筑框架-剪力墻結構抗震設計研究

摘要：裝配式建筑框架-剪力墻結構是一種具有良好抗震性能的結構形式，適用于高烈度地區。在地震作用下，其結構整體性能和構件的抗震性能均表現出較好的性能，能夠有效地吸收和分散地震能量。對高烈度地區裝配式建筑框架-剪力墻結構的抗震設計進行研究，具有重要的理論意義和實際應用價值。實例分析結果表明：工程中所測試的每層樓層的位移均小于施工允許最大樓層位移，證明高烈度地區裝配式建筑框架-剪力墻結構抗震設計具有良好的抗震性能。

關鍵詞：抗剪力墻；裝配式建筑；抗震設計

0 引言

隨著城市化進程的加速發展，高烈度地區的建筑結構安全性和抗震性能受到了越來越多的關注。裝配式建筑因其施工速度快、節能環保等優點，逐漸成為了現代建筑的主流方向。

裝配式建筑框架-剪力墻結構是一種具有良好抗震性能的結構形式，適用于高烈度地區。在地震作用下，其結構整體性能和構件的抗震性能均表現出較好的性能，能夠有效地吸收和分散地震能量。近年來，框架-剪力墻結構因其優良的抗震性能和廣泛的應用范圍，逐漸成為高烈度地區建筑結構的首選。

地震具有隨機性和不確定性的特點，對建筑結構的抗震性能提出了嚴峻的挑戰。基于此，對高烈度地區裝配式建筑框架-剪力墻結構的抗震設計進行研究，具有重要的理論意義和實際應用價值。

本文研究成果不僅可為高烈度地區裝配式建筑框架-剪力墻結構的抗震設計提供理論依據和技術支持，還可以為其他類似地區的建筑結構抗震設計提供參考和借鑒。同時，對于提高我國地震工程的整體水平、保障人民群眾生命財產安全具有重要的現實意義和社會價值[1]。

1 框架-剪力墻結構抗震關鍵技術設計

1.1 裝配式建筑框架-剪力墻結構節點設計

1.1.1 框架加固的原因及流程

高烈度地區的裝配式建筑在長期使用過程中，會產生多種問題，因受原有結構的約束，其加固難度遠大于新建筑工程。在裝配式建筑中，框架-剪力墻結構的連接是其中的關鍵，框架與剪力墻結構為高烈度地區提供多變的使用區域，但其抗震能力較弱。

通常情況下，結構的承載力是足夠的，但強震時，各層軸力、梁內彎矩及整個結構的側向位移很難控制，由此造成設計截面過大，甚至會產生超筋情況的發生，這對裝配式建筑的合理使用與結構的安全構成了極大的威脅。因此在高烈度地區房屋建筑的抗震設計中，必須全面地考慮到不同的情況，并對框架進行加固。其加固的具體工序步驟如圖1所示[2]。

1.1.2 框架加固要點

基于以上分析，本文選擇外包鋼加固法對高烈度地區的裝配式建筑的框架進行加固。外包鋼加固法是將型鋼包裹在鋼筋的四個角或兩個側面，對鋼筋進行加固。外包鋼對裝配式建筑的使用面積沒有太大的影響，卻能極大地改善結構的承載能力和剛度。

其加固施工步驟如下：首先，在鋼板和原混凝土構件之間填充細石混凝土等粘結材料，形成一個共同工作整體，以確保鋼板和被加固的混凝土構件能協同工作，同時保證良好的施工質量。其次，對被加固框架的表面進行相關處理，如除污和打磨，并對鋼板進行防護處理，或者直接將鋼板包裹在被加固構件的外側，兩者之間不填充粘結材料。最后，對柱子外包角鋼（通長、連續），且在穿過各層樓板時不能斷開，角鋼的下端延伸到基礎頂面，并使用環氧砂漿進行錨固[3]。

1.1.3 抗剪連接節點設計方法

抗剪連接節點是高烈度地區建筑施工中的重要組成部分，是確保各結構共同工作和協調變形的關鍵部位[4]。性能良好的連接節點應具備兩個條件：一是能夠有效抵御橫向剪力，二是能夠在接合面上抵御“掀起”，這就要求其自身具有一定的剛性與強度。

剪力節點傳遞由iaXrnEiRwF+Q17gi1mTbZA==一部分框架豎向分布鋼筋錯位變形引起的彎曲，鋼筋框架中的每根鋼筋強度的計算公式如式（1）：

（1）

式中：d代表鋼筋的直徑，?z為框架-剪力墻結構的抗壓強度，β代表鋼筋的橫截面面積，?x代表鋼筋的屈服強度。

對于裝配式建筑框架-剪力墻結構，應在其橫向、縱向、豎向及周邊設計出可靠的節點連接，并使其貫穿結構，以確保各個構件的有效連接、固定。不允許使用僅依賴構件之間摩擦力的節點連接。本文設計的樓板與鋼梁之間節點連接如圖2所示[5]。

1.2 框架-剪力墻構件固定

在完成框架-剪力墻結構節點的設計之后，為使其達到抗震要求，需要將框架-剪力墻構件進行固定。做好框架-剪力墻的設計是防止連續倒塌的第一道防線。最大變形梁常用于檢驗抗倒塌設計是否合理，而其受力性能用于驗算框架-剪力墻結構是否能夠抵抗這個水平力而不發生倒塌。

1.2.1 連梁總剪力需求測算

框架-剪力墻結構的基底傾覆力矩，由連梁耦合作用形成的拉壓力偶tw與組合墻肢的抵抗矩（mc，mp）共同平衡。根據預設的基底總傾覆力矩mo，可以計算出裝配式建筑的連梁總剪力需求，其計算公式如下：

（2）

式中：Qbi代表施工建筑中第i層連梁的剪力需求。

1.2.2 每層連梁剪力需求測算

框架-剪力墻結構的每層連梁剪力需求，由連梁總剪力需求和特定的分布模式確定[6]。本文采用基于層剪力分布系數αi的分布模式，來確定連梁沿框架-剪力墻結構高度的剪力需求分布[7]。這種分布模式考慮各樓層剪力的分布情況，能夠更加準確地計算連梁的剪力需求。

在進行結構設計時，需要根據實際情況對連梁的剪力需求進行精確計算，以確保結構的安全性和穩定性。每層連梁的剪力需求的計算公式如下：

（3）

式中：αi代表層剪力分布系數。

1.2.3 連梁對墻體的軸力測算

實際地震中框架-剪力墻連梁具有較高強度，因此連梁對墻體的軸力也要適當增大，連梁對墻體的軸力也要按1.1倍來進行計算。具體可以參照裝配式建筑框架-剪力墻結構的耗能梁段的有關設計條文進行設計。

1.2.4 按剪力屈服實現固定

表1所示為連梁在不同凈跨距下的變形特點。分析其變形特點可知，連梁的剪力屈服比彎曲屈服的耗能能力要大，所以框架-剪力墻構件應該按剪力屈服實現固定施工。在剪力墻中嵌入一定深度的連梁框架后，將其進行固定，框架-剪力墻構件的受力性能如圖3所示[8]。

2 實例應用分析

2.1 工程概況

該市處于地震板塊交界區域，基于此需要進行抗震設計。該工程地上結構共25層，1層層高為4m，其余層高為3.5m，大廈總高度為88m，工程整體使用框架-剪力墻結構。根據該工程的建筑功能需求，結合抗側移剛度的需求，在工程外圍、電梯井以及樓梯間設置剪力墻，墻體厚度為300～400mm。樓層混凝土強度等級如表2所示。鋼筋參數如表3所示。

2.2 施工結果與討論

根據上述工程概況，使用本文提出的高烈度地區裝配式建筑框架-剪力墻結構抗震設計方法進行施工，以檢驗該裝配式建筑抗震性能是否符合施工的抗震需求。

本次測試在Matlab軟件中進行模擬測試，在模擬地震情況下，將對該建筑的樓層位移進行測試，其測試結果如表4所示。

由表4測試結果可以看出，該工程中所測試的每層樓層的位移均小于施工允許最大樓層位移，因此證明高烈度地區裝配式建筑框架-剪力墻結構抗震設計具有良好的抗震性能。

3 結束語

通過本文深入了解高烈度地區裝配式建筑框架-剪力墻結構的抗震性能和設計方法。研究結果表明，這種結構在地震作用下的表現優于傳統結構，具有較高的抗震性能和穩定性。因此，建議在高烈度地區推廣和應用裝配式建筑框架-剪力墻結構，以提高建筑的抗震能力。

本研究可為高烈度地區裝配式建筑框架-剪力墻結構的抗震設計，提供理論依據和實踐指導。通過采用合理的計算和分析方法，可以準確地評估其抗震性能。針對高烈度地區的地震特點，可采取有效措施進行優化設計，應用多種措施來增強建筑的抗震性能。例如，可通過合理安排結構布局，使建筑物的質量中心與剛度中心相一致，以減少地震作用下的扭轉效應。此外，還可采用具有優良耗能性能的剪力墻結構，來緩解地震沖擊對建筑物的影響。

參考文獻

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