不同地震作用下装配式建筑结构选型与抗震性能分析.pdf

中国新技术新产品2024 NO.1（下）-101-工 程 技 术1 装配式建筑项目基本情况此次研究的建筑为装配式、框剪结构和高层建筑，建筑概况见表 1。表 1 项目概况项目条件参数项目条件参数建筑类别丙类建筑建筑长度（m）30建筑宽度（m）15.6建筑高度（m）38.9建筑首层高度（m）5.3建筑标准层高度（m）4.2建筑隔震层高度（m）1.8X方向高宽比1.3Y方向高宽比2.49地震设防烈度（）8结构设计地震分组第3组场地类别II类场地地震特征周期（s）0.45基本风压（kPa）0.85建筑所处地区高风压地区地貌类型C类在此基础上，对建筑的上部结构构件信息进行分析，相关内容见表 2。2 装配式建筑结构设计2.1 装配式建筑构件初步设计结合装配式建筑项目基本情况，对其构件进行初步设计。建筑采用预制比例和拼装比例适当的屋顶侧墙预制底板现浇体系，明确结构传递路径，保障结构安全1。因此，根据堆垛式的特殊构造和实际工程经验，对建筑的预制构造进行比较和划分，共制定 2 种不同的装配式建筑构件设计方案。方案 1：将上面板的厚度设置为 650mm，中部的板设置为 350mm，底板厚度设置为 850mm，并且侧壁厚度设置为 800mm。节点应该设置在弯矩低处2。在确保中墙整体性的前提下，在中墙处设置顶板和中板。边墙、顶板和底板的接缝处采用榫槽法，并辅以灌浆补强。采用螺栓连接中间板结构，通过凸凹槽和螺栓在纵向方向上将结构整体组装起来。针对方案 1，对其构件情况进行统计，见表 3。上述设计的方案优势如下：楼板连接布置在弯矩几乎为 0 的位置，不会对结构有太大的影响，而边墙只有一条接缝，可以保证边墙受力状况较好，同时也降低了边墙施工和防水等工作的难度。方案 2：与方案 1 相比，节点布置在弯矩更小的一侧墙上，改变了节点的连接方式，从而减少了上下两层的连接。边墙采用榫槽法，并辅以灌浆补强。其中，楼板为螺栓连接，顶、中墙连接比方案 1 更复杂，采用榫槽、螺栓连接等方法，并辅以灌浆补强，保证节点整体受力。对方案 2 构件情况进行统计，见表 4。从表 4 可以看出，质量最大的构件为侧墙顶板，能充分满足装配式吊装需求。此方案的优势是更有利于整体结构性能，降低了防水和施工的难度。2.2 装配式接头位置、刚度设计针对方案 1，可通过装配式建筑结构计算，确定边墙弯矩接近零点的位置，将接头按照图 1 进行设置。侧墙的接头设在离顶板 0.6m 位置上。在距边墙 1.0m处布置顶板节点，其弯矩接近零值。从构件搬运和安装的可操作性来看，在单元划分的过程中，要控制好节点的位移范围3。研究发现，在 4 种布局方式的组合下，边墙端面位移为-0.2m，边墙端面位移在节点刚度增加的情况下，节点的负弯矩会逐渐增加。楼面节点位移为-05m、0m、0m、0m 和 1m。当侧墙接缝的位置上升时，计算为正值，下降时，计算为负值。当向左侧（负弯矩方向上）运动时，将底板连接位置记录为负值，在向右侧（正力矩方向）运动时，将其数值记录为正值。结合装配式建筑结构计算，确定方案 2 的接头位置，如图 2 所示。在方案 2 中，将板边墙的接缝取消，改为侧板下端，并对板与中板间的接缝进行调整。侧墙顶缝位移为-0.2m、0m、0.2m 和 0.4m。接头刚度的取值标准范围为 12000kN/m85000kN/m，结合工程实际，根据上述两种方案，确定顶板最大正弯矩变化范围在21504。方案1的顶板最大弯矩随节点刚度的降低而逐渐增加，而方案 2 的顶板弯矩与方案 1 基本一致，均呈现随节点刚度增加逐渐下降的趋势，而两种方案的顶板弯矩值均 1。同时，节点刚度越小，弯矩越大。方案 1 采用节点布置，楼板的刚度显著降低，从而降低了不同地震作用下装配式建筑结构选型与抗震性能分析邢慧荣黄昆（烟台飞龙集团有限公司，山东 烟台 264006）摘 要：为解决装配式建筑抗震性能低的问题，对不同地震作用下装配式建筑结构选型与抗震性能进行分析。通过装配式建筑构件初步设计、装配式接头位置和刚度设计，提出两种结构设计方案，对装配式建筑项目基本情况进行分析。通过分析不同地震作用下的选型方案抗震性能，确定将方案2作为最佳方案。将方案2应用于装配式建筑工程，可以提升建筑整体抗震性能。关键词：地震作用；装配式；建筑选型中图分类号：TU352文献标志码：A表 2 建筑上部结构构件信息（单位：mm）构件名称隔震层柱标准层柱隔震层梁标准层梁标准层楼板隔震层楼板剪力墙截面尺寸850850600600350850300600120160220混凝土型号C30C30C30C30C30C30C30中国新技术新产品2024 NO.1（下）-102-工 程 技 术正弯矩。而方案 2 的节点布置在边墙内，导致边墙刚度降低，底板不完整，从而产生了应力集中和弯矩增加等问题5。在节点刚度增加的情况下，节点的负弯矩会逐渐增加，在节点刚度降低的情况下，节点的负弯矩刚度也会逐渐降低，而侧墙的刚度会增加，从而削弱了这种影响。采用不同节点形式的方案 2，由于节点效应，因此底板负荷量最大均发生在中间墙节点且墙体的刚度下降，这一点与顶板类似。表 3 方案 1 装配式建筑构件统计表No构件位置质量/t纵向长度/m1中墙13.827.51.01.52侧墙18.227.5101.53标准中板13.820.22.03.04标准顶板12.418.721.01.55侧墙-顶板14.622.11.01.53 不同地震作用下的选型方案抗震性能分析为掌握设计建筑结构的抗震性能，本文将采用抗震分析的方式，对方案 1、方案 2 进行选型。分析前，先对方案 1、方案 2 的隔震支座参数进行分析，见表 5。表 4 方案 2 装配式建筑构件统计表No构件位置质量/t纵向长度/m1中墙11.422.31.02.02侧墙12.525.3102.03标准中板13.520.42.03.04标准顶板13.226.41.02.05侧墙-顶板15.430.41.02.0表 5 方案 1、方案 2 的隔震支座参数序号项目方案1参数方案2参数1有效直径（mm）7008002铅芯直径（mm）1401603橡胶层厚度（mm）1401624支座高度（mm）2653035竖向刚度（kN/mm）325935356屈服前刚度（kN/m）10.8412.217屈服后刚度（kN/m）1.0841.2218屈服力（kN）122.7160.39等效刚度（kN/m）1.9642.21710等效阻尼比0.2620.262为更直观地掌握建筑中结构节点的荷载，利用波动分析法，建立建筑结构节点荷载矩阵，矩阵表达式如公式（1）图 2 方案 2 接头位置移动示意图接头图 1 方案 1 接头位置移动示意图接头中国新技术新产品2024 NO.1（下）-103-工 程 技 术所示。F（t）=Mu+Cu+Ku （1）式中：F（t）为建筑结构节点荷载矩阵；M 为建筑结构质量对应的矩阵表达式；C 为建筑结构阻尼矩阵；K 为建筑结构刚度矩阵；u 为建筑结构在地震波作用下的加速度；u 为建筑结构在地震波作用下的位移速度；u 为建筑结构在地震波作用下的位移矩阵。完成上述内容的研究后，将建筑参数录入计算机，建立针对方案 1、方案 2 的结构模型，根据表 5，录入结构方案隔震支座参数。在此基础上，打开地震勘探软件，创建一个新项目或打开一个现有项目。选择正确的地震波数据文件，点击“导入”按钮选择文件。确认文件格式和数据类型，确保软件能正确处理数据。调整地震波数据的显示和编辑选项，可以更好地查看和分析数据。根据需要对地震波数据进行处理和分析，例如滤波、增益控制和信道均衡等。保存处理后的地震波数据，可以导出为其他格式或直接保存到项目中。在此过程中，需要注意不同的地震勘探软件可能有不同的操作流程和功能，具体操作步骤可能会不同，需要根据抗震性能测试中的实际情况操作。录入地震波后，对水平、竖向地震作用下的方案 1、方案 2 墙体变形进行分析，如图 3、图 4 所示。从图 3、图 4 中可以看出，在相同的条件下，即地震波录入条件一致的情况下，方案二的墙体水平方向和竖向方向相对位移较小，由此可以证明，方案二的抗震性能比方案一更好。本文提出的方案一、方案二在实际应用中均可起到一定的抗震作用，但方案二的抗震性能明显优于方案一，因此，当对试点工程的结构进行设计与施工时，应优先选择方案二作为结构设计方案。按照上述步骤，完成在不同地震作用下装配式建筑结构选型与抗震性能分析。4 结语对不同地震作用下的装配式建筑结构选型与抗震性能进行分析，本文从理论和实践角度进行深入探讨。通过研究确定装配式建筑在地震作用下的复杂性和多样性，同时也揭示了选型和抗震性能分析的重要性。采用科学合理的方法对选型和抗震性能进行分析，可以有效地保障装配式建筑在地震作用下的安全性，减少地震对建筑物的破坏。参考文献1 宫玉成，刘尊正.装配式建筑塔机选型及施工应用技术研究 J.建筑机械，2023（2）：92-93，102.2 孟庆恩，吴玖荣.装配式钢结构系统选型及节点连接技术分析 J.广东建材，2023，39（1）：80-83，53.3 任可彬.高层装配式建筑支撑系统选型及优化施工技术研究 J.中国住宅设施，2022（7）：142-144.4 吴成刚，李孟廷，彭智勇.深圳地铁16号线装配式车站结构断面选型分析 J.隧道建设（中英文），2022，42（增刊2）：320-327.5 王彩雪，张乐芳.基于 Web-BIM 的装配式建筑结构选型智能决策支持方法 J.工业加热，2022，51（5）：72-76.图 3 水平地震作用下的方案 1、方案 2 墙体变形分析图 4 竖向地震作用下的方案一、方案二墙体变形分析顶板变形量/m顶板变形量/m顶板变形量/m