金萬祥

（甘肅金橋水科技（集團(tuán)）有限公司，甘肅 蘭州 730000）

裝配式建筑由于其采用工廠化、模塊化生產(chǎn)，在施工現(xiàn)場僅需要完成相應(yīng)的安裝工程，對(duì)于縮短工程周期、提高工程質(zhì)量、保護(hù)施工環(huán)境等具有多方面意義。然而，在與傳統(tǒng)混凝土現(xiàn)澆剪力墻相比的過程中，感官上存在很大的質(zhì)量差距。部分施工團(tuán)體并沒有對(duì)裝配式建筑產(chǎn)生足夠的信任。而在應(yīng)用的過程中確定其抗震性能也是下一步形成良好施工規(guī)范的重要基礎(chǔ)。為此，本文將其與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土剪力墻進(jìn)行比較，為具體應(yīng)用提供抗震性領(lǐng)域的重要指標(biāo)，希望能夠?yàn)楹罄m(xù)的應(yīng)用提供必要基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)方式

為了更為直觀的對(duì)裝配整體式剪力墻與混凝土現(xiàn)澆剪力墻進(jìn)行有效的性能對(duì)比。本文采用了抗震實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等比例建設(shè)的方式形成有效的實(shí)驗(yàn)對(duì)象物料搭建，并在平臺(tái)上同時(shí)施加不同水平的震級(jí)能量，通過對(duì)其效果與相關(guān)參數(shù)的觀察來得到所需的結(jié)論性數(shù)據(jù)。

在具體的實(shí)驗(yàn)過程中，由于受到抗震模型與實(shí)驗(yàn)成本等限制，實(shí)驗(yàn)采用了1：5 比例模型的方式來進(jìn)行構(gòu)筑，嚴(yán)格按照相關(guān)建筑的設(shè)計(jì)圖紙與質(zhì)量要求進(jìn)行等比例縮小。構(gòu)建后的建筑模型為12 層，總高度為36m（不含地下結(jié)構(gòu)），地基尺寸為9*9m2。根據(jù)現(xiàn)有的研究經(jīng)驗(yàn)，在1:5 模型下開展震動(dòng)實(shí)驗(yàn)，其各項(xiàng)指標(biāo)存在一定的削減，有效的削減系數(shù)按照白國良等人在2018年提出的平臺(tái)實(shí)驗(yàn)理論分別確定如下：應(yīng)力系數(shù)、彈性模量系數(shù)、長度、均取0.2，加速度、重力加速度均取1，阻尼比系數(shù)為0.018，質(zhì)量系數(shù)為0.008，時(shí)間系數(shù)為0.5。

在具體的模型搭建過程中，將現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)剪力墻建筑定義為對(duì)照組，其構(gòu)建方式與傳統(tǒng)現(xiàn)澆剪力墻構(gòu)建方式、流程及物料相同。將裝配整體式剪力墻構(gòu)建作為實(shí)驗(yàn)組，采用紅星建筑有限公司所提供的等比例縮小裝配整體式剪力墻進(jìn)行現(xiàn)場組裝。上述兩個(gè)等比例縮小建筑直接構(gòu)筑在振動(dòng)臺(tái)上，并對(duì)不同量級(jí)上的震動(dòng)進(jìn)行模擬。按照行業(yè)實(shí)驗(yàn)規(guī)范，振動(dòng)臺(tái)的震動(dòng)模擬分為X,Y 及NS 三條橫向振動(dòng)波交替加載的方式來進(jìn)行，交替時(shí)間為1：1：1，交替循環(huán)為3 次，每次持續(xù)時(shí)間30s，振動(dòng)臺(tái)與實(shí)際地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的波峰強(qiáng)度比值為1：0.60。由于上述實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ途谕徽駝?dòng)臺(tái)上進(jìn)行構(gòu)筑，二者在接受震動(dòng)時(shí)沒有差異。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析上本實(shí)驗(yàn)采用了宏觀現(xiàn)象及微觀數(shù)據(jù)兩種方式對(duì)裝配方式及現(xiàn)澆方式的剪力墻抗震性能進(jìn)行對(duì)比，具體結(jié)果如下：

在宏觀方面發(fā)現(xiàn)在高震度、長時(shí)間的實(shí)驗(yàn)條件下，兩種構(gòu)建方式剪力墻均出現(xiàn)了肉眼可見的裂縫。為了對(duì)比二者的差異，本實(shí)驗(yàn)主要選取了裂縫發(fā)展進(jìn)程、裂縫分布、裂縫形態(tài)三個(gè)維度指標(biāo)。在裂縫發(fā)展過程方面。在輕微震動(dòng)的情況下，二者均為出現(xiàn)裂縫，隨著震度的增加二者幾乎同時(shí)產(chǎn)生裂縫，其裂縫產(chǎn)生的時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)在8 度震度的情況下。其中裝配式剪力墻的裂縫從2 層到3 層的連接處首先出現(xiàn)，氣候沿著垂直方向向上發(fā)展?，F(xiàn)澆結(jié)構(gòu)則在各層的連梁部分先后出現(xiàn)了裂縫，最終以裂縫延伸的方式貫通。在對(duì)比上層建筑（9 層以上）時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)澆剪力墻的裂縫密度顯然更高。在裂縫分布上發(fā)現(xiàn)，裝配式裂縫出現(xiàn)較為均勻，除了9層以上分布相對(duì)較少之外，其剪力墻裂縫基本呈現(xiàn)出逐層增加的基本態(tài)勢。而現(xiàn)澆建筑則表現(xiàn)出極大的不同，其裂縫的高密度點(diǎn)出現(xiàn)在4-7 層的范圍內(nèi)，并向上向下同時(shí)延伸遞減。值得注意的是在下層裂縫分布上，現(xiàn)澆建筑顯著的裂縫密度顯著低于裝配式結(jié)構(gòu)建筑，在裂縫形態(tài)上二者也出現(xiàn)了顯著的差異。裝配式結(jié)構(gòu)中裂縫多以橫向裂縫為主，不同樓層之間沒有聯(lián)合，即裂縫并未對(duì)裝配式建筑剪力墻的整體結(jié)構(gòu)造成破壞。而現(xiàn)澆模式下裂縫多以“X”形態(tài)出現(xiàn)，層級(jí)間的裂縫出現(xiàn)明顯的聯(lián)合，在裂縫高密度區(qū)域出現(xiàn)了漏筋現(xiàn)象。

在微觀層面上，主要通過部分動(dòng)力學(xué)特性對(duì)其抗震性內(nèi)進(jìn)行進(jìn)一步的機(jī)理討論。本實(shí)驗(yàn)選擇了自振頻率、阻尼比兩個(gè)指標(biāo)對(duì)其動(dòng)力特性進(jìn)行分析，并用最大樓層剪力與基地剪力對(duì)其抗震性能進(jìn)行描述。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在動(dòng)力學(xué)特性中的自振頻率方面二者基本表現(xiàn)相同。而自振頻率是放大地震帶來危害的基本條件，二者相同的表現(xiàn)說明在自振體系下兩種施工方式對(duì)于建筑的抗震性影響不大。而在阻尼比上則顯現(xiàn)出較為明顯的差異。二者的阻尼比起點(diǎn)與終點(diǎn)相類似。但是其抗震階段呈現(xiàn)出明顯的不同。其中現(xiàn)澆剪力墻在初始階段，即震度在0-3 的階段其阻尼比下降較低，而到了3 到8 的過程中幾乎呈現(xiàn)出梯度下降的趨勢。而裝配式剪力墻的下降高峰則出現(xiàn)在0-1 的震度水平下，此后從1-5 震度上的阻尼比下降并不明顯。此后在達(dá)到8 度的明顯裂縫震度前呈現(xiàn)出梯度下降的趨勢。值得注意的是由于0-1 階段的大幅下降，其在后續(xù)的明顯下降階段的下降斜率也明顯低于現(xiàn)澆剪力墻。在抗震性方面則用最大樓層與基底剪力作為具體的表征指標(biāo)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，裝配式剪力墻表現(xiàn)更好，其最大樓層剪力相對(duì)較低，基底剪力則相對(duì)較高。從這一特性來看，裝配式剪力墻對(duì)于一般震度的抗震性能更好，且由于其對(duì)于剪力墻自身的結(jié)構(gòu)性破壞相對(duì)較小，這使得其無論是在后續(xù)的維修加固還是在震中的表現(xiàn)均比較理想。反觀現(xiàn)澆剪力墻則與裝配式表現(xiàn)相反，其更多的應(yīng)力被最大樓層承擔(dān)，故而在裂縫的產(chǎn)生等方面表現(xiàn)不佳。值得注意的是最小傾覆力矩的測試中現(xiàn)澆剪力墻的指標(biāo)更大，說明其在損毀的前提下需要更大的震動(dòng)烈度，故而對(duì)于此種極端條件下的抗震性能而言表現(xiàn)更優(yōu)。

3 實(shí)驗(yàn)討論

通過上文的實(shí)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)裝配式剪力墻與現(xiàn)澆式剪力墻在抗震性能上各有千秋。并不是何種方式的抗震性能更好的問題。對(duì)其實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)不難發(fā)現(xiàn)，在相同的非傾覆震度條件下裝配式剪力墻能夠由基底承受更多的剪力，從而對(duì)于上層建筑的剪力墻起到一種保護(hù)性作用，而在震動(dòng)條件下建筑所產(chǎn)生的唯一與損壞更為“溫和”。

而對(duì)于現(xiàn)澆剪力墻而言則是由高樓層承擔(dān)了更多的力矩，在同等條件下裂縫以及剪力墻的損毀更為嚴(yán)重。值得注意的是，剪力墻的損毀本身并不會(huì)對(duì)建筑造成嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性損害。簡而言之建筑并不會(huì)因?yàn)榧袅Φ膿p壞而產(chǎn)生傾覆或坍塌的嚴(yán)重事故，進(jìn)而能夠在更為極端的情況下保護(hù)住戶的生命安全。

這一方面的實(shí)驗(yàn)結(jié)論在白國良的相關(guān)研究中得到了證實(shí)。另一方面，在最小的傾覆力矩測試上也發(fā)現(xiàn)現(xiàn)澆式剪力墻對(duì)于傾覆力矩的承受能力更強(qiáng)，需要更高的烈度才能夠產(chǎn)生與裝配式剪力墻傾覆的同等效果。也就表示了在極端情況下現(xiàn)澆剪力墻的安全特性確實(shí)要高于裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)。為此本實(shí)驗(yàn)認(rèn)為討論此種極端情況對(duì)于裝配式整體剪力墻的應(yīng)用并不具備科學(xué)的指導(dǎo)意義。

4 結(jié)果

本文采用震動(dòng)實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)裝配式與現(xiàn)澆式剪力墻的抗震性能進(jìn)行對(duì)比。發(fā)現(xiàn)前者在抗震緩沖以及結(jié)構(gòu)力學(xué)特征保持上具有一定的優(yōu)勢，二者則在吸能以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性上存在優(yōu)勢。希望通過本文的研究能夠?yàn)楹罄m(xù)裝配式剪力墻的應(yīng)用提供必要幫助，并對(duì)其在實(shí)際施工方式的選擇上提供另一種可能。