哈尔滨工业大学建筑设计研究院
摘要:装配整体式剪力墙结构动力特性的深入研究，一方面能够为后续建筑工程体系的构建提供更好的结构数据引导，以便装配式建筑工程实用性与安全性得以显著提升；另一方面，凭借模型结构参数的分析，更便于察觉出工程潜在风险，使工程施工质量的可控性得以显著提升。本文基于装配整体式剪力墙结构模型设计与制作展开分析，在明确动力特性同时，期望为后续建筑工程的构建提供良好参照。
关键词:高层建筑；装配整体式剪力墙；动力特性
根据以往建筑工程经验可知，装配式建筑在结构稳定性与整体性方面均不如钢筋混凝土建筑，在地震等环境中，极易因为外界环境等因素影响，造成高层建筑结构受损，如此便难以保障居民的生命财产安全。但随着技术发展，我国现代装配式建筑施工工艺水准得到了显著提升，因此根据装配整体式剪力墙结构动力特性，可更直观的了解此类工程的适用性。
一、相似常数与配筋分析
首先，因弹性模量、位移长度、动力加速度三种动力特性具备相似性，因此基于各数据变化状况拟定了三个单独的物理量体系，以便通过模型对比与数据分析找寻到物理量之间的相似常数，以便明确物理量与材料质量、布筋密度等数据之间的关系。其次，在模型构建过程中，可通过实际工程数据分析装配整体式剪力墙与现浇混凝土剪力墙之间的差异性，通过构建两组不同的模型查看双方动力特性的差异性，分析装配整体式剪力墙构件是否实用。基于此，本次研究分别设计了装配整体式剪力墙与现浇混凝土剪力墙两个模型，通过材料破坏机理、裂缝形态、耗能方式与动力特性等数据分别阐述潜在风险，以便装配整体式剪力墙构件的应用能够赢得更广泛的市场。
二、结构模型设计与制作
1. 模型结构设计
为确保装配整体式剪力墙结构动力特性能得到更好的研究，模型结构在设计期间可结合以往工程资料进行分析。期间，模型结构层高设为3m，总高度为54m，墙板厚200mm，装配建筑结构选用框剪结构方式。根据装配整体式剪力墙结构工艺对不同墙体施工区域进行划分，并对各处预制墙板连接区域进行标记，以便后续模型结构破坏现象得以参照。其次，在连梁跨高比方面，可以此设置为2.5、4与1.5，以便查看不同结构环境对剪力墙的影响。期间，预制墙板在纵筋连接过程中，应与建筑主体结构和楼板嵌实牢固，还需对配筋参数与方式进行细致调整。最后，在审查模型结构设计质量时，应严格遵照抗震与结构相关规范，将结构形式、使用材料、基本构造、配重设计等信息落实，确保两组模型设计满足工程使用的基本要求，才能用于后续结构动力特性分析中。
2. 装配墙板连接设计
装配墙板连接涵盖了钢筋连接与混凝土浇筑两种措施。其中，钢筋连接主要分为纵向与横向连接，在装配装配整体式剪力墙时，纵向钢筋目的是增强剪力墙与剪力墙、结构梁、楼板结构之间的整体性，而水平钢筋目的则是增强剪力墙与柱体之间的整体性。因此，站在荷载力角度来看，钢筋连接应严格按照标准要求贯穿剪力墙板，并做好捆扎与焊接施工工序，才能确保动力性能数据更加准确。另外，混凝土浇筑措施主要用于板材之间的嵌缝，以便装配墙板整体性增强，因此混凝土强度也应与装配墙板保持一致。
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三、剪力墙结构破坏现象
对比分析两模型结构最终裂缝分布形态，装配整体式结构裂缝主要分布在预制墙板上部的叠合连梁结合面或墙体下底面与现浇楼板的接触面，呈现水平裂缝形态，不同剪跨比的连梁端部下方裂缝集中产生，最终形成塑性铰，整体裂缝沿结构高度方向均匀分布，最后工况时，底部第二、三层预制墙体竖向连接部位混凝土接触面出现竖向微裂缝;而现浇剪力墙结构裂缝的发展主要集中在连梁，连梁端部的裂缝随着输入地震波加速度峰值的增大而丰富，其中剪跨比较小的连梁主要呈现“X”型裂缝，裂缝核心区混凝土出现剥落，剪跨比较大连梁端部最终形成塑性铰，裂缝主要集中于结构中下部，而结构上部裂缝形态与其弹性状态时一致，仅连梁角部呈现斜向微裂缝，最后工况，连梁失效后剪力墙墙肢产生微裂缝。
由此可见，两个剪力墙模型在裂缝形态与分布范围方面的差异，主要与建造方式、装配结构、预制剪力墙接缝有直接关系。此种裂缝主要产生在叠合梁的连接面，随着预制剪力墙版水平连接部位逐渐向墙内蔓延，虽不会对梁柱结构造成较大影响，但极易影响建筑内部功能的使用，并且以及因为外界水环境等因素对剪力墙内部材料造成损害，使剪力墙对整体性与刚度难以满足建筑结构安全性要求。另外，从整体性角度来看，装配整体式剪力墙结构变形主要为弯曲形式，此种状况主要是现浇连接部件的刚性约束了剪力墙的变形，使得结构整体性得到了保障，但在墙板连接部位处，仍极易受到内部剪力的影响，使剪力墙缝隙处出现材料受损等问题。
四、装配整体式剪力墙动力特性
1. 振动频率
在PGA为0．035g地震波输入后，装配整体式剪力墙结构的频率、刚度明显减小，可能由连接部位混凝土接触面的微裂缝引起，之后两模型结构频率、刚度的下降趋势基本一致。
2. 结构刚性
输入0．035g地震波后，装配式结构的初始刚度下降较快，而现浇结构刚度基本没有变化，原因在于预制墙板与后浇边缘构件和楼板之间的混凝土接触面存在微裂缝，输入的地震能量引起微裂缝的开展直至稳定，尚未在混凝土表面呈现;在0．035g～0．14g阶段，装配式剪力墙结构的刚度变化较为稳定，现浇结构后期变化幅度稍大，此阶段，现浇结构连梁角部裂缝发展较为丰富；此后，两模型结构逐渐进入塑性阶段，随输入地震波能量的增大，刚度下降幅度较大，装配式结构此时刚度下降主要由预制墙板叠合连梁结合面产生水平裂缝引起，同时连梁角部下方的裂缝发展较为充分，而现浇结构在连梁角部裂缝发展充分后，用剪力墙墙肢来耗能，其第四层墙体出现微裂缝，因此可知造成现浇结构后期刚度较装配式结构下降幅度大;最终两模型结构降低为初始刚度的约25%。
3. 阻尼比分析
装配整体式剪力墙结构与现浇剪力墙结构的阻尼比随PGA的增大而增加，整个加载过程中阻尼比变化范围为4.2%～8.2%，与混凝土结构阻尼比变化范围相一致。
4. 结构振型
装配整体式剪力墙结构与现浇剪力墙结构的一阶主振型近似呈现“弯曲”型，有外凸趋势，装配整体式剪力墙结构的变化趋势较为平缓，而现浇剪力墙结构在最后阶段显著外凸。
五、结语
装配式整体剪力墙构件的有效落实，不但能够有效缩短高层建筑工程结构体系的施工工期，使工程施工质量与构件强度更便于管控，同时凭借装配式施工方案，更有效简化了高层建筑施工的流程与步骤，使得工程施工难度得以降低。故而，在论述装配建筑整体式剪力墙结构动力特性期间，必须明确装配式整体剪力墙力学性能与动力特性，并确定细致的施工方案，增强此类剪力墙的抗震性能，才能为后续高层建筑工程的构建提供更全面的技术保障。
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论文作者:赵松波
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/26
标签：结构论文; 剪力墙论文; 裂缝论文; 模型论文; 整体式论文; 刚度论文; 动力论文; 《防护工程》2018年第33期论文;