葉 森 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230032）

0 前言

裝配式混凝土建筑是指以工廠化生產(chǎn)的混凝土預(yù)制構(gòu)件為主，通過現(xiàn)場裝配的方式設(shè)計(jì)建造的混凝土結(jié)構(gòu)類房屋建筑［1］。目前，我國建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速，住宅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程越來越快，穩(wěn)步發(fā)展。裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用越來越多，而預(yù)制內(nèi)、外墻混凝土板是裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系中的最重要的組成部分之一。為了減少現(xiàn)場澆筑混凝土等濕作業(yè)施工，進(jìn)一步提高混凝土墻的預(yù)制率，因此，部分預(yù)制內(nèi)、外墻板采取工廠預(yù)制成型的方式。部分代替非受力構(gòu)件的預(yù)制墻板，雖然預(yù)制墻板中間規(guī)則的添加布置了減重塊等措施，但是由于預(yù)制構(gòu)件代替了原先砌筑隔墻，此部分變成了鋼筋混凝土構(gòu)件，結(jié)構(gòu)本身的剛度會(huì)不同程度的增加，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)地震力作用變大。在采用常規(guī)計(jì)算軟件整體模型計(jì)算時(shí)，因無法考慮裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)中代替原先砌筑隔墻的預(yù)制構(gòu)件剛度，從而造成了軟件模型計(jì)算的失真，以常規(guī)軟件方式計(jì)算可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在地震作用下不安全，因此需要對(duì)裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系中預(yù)制墻板對(duì)結(jié)構(gòu)本身的剛度影響進(jìn)行進(jìn)一步分析和研究。

1 預(yù)制減重塊混凝土墻板

填充墻作為剪力墻結(jié)構(gòu)中最主要的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，對(duì)結(jié)構(gòu)的受力性能有著重要的影響。在常規(guī)現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)中，填充墻一般在主體結(jié)構(gòu)澆筑完成后二次施工，采用的砌體強(qiáng)度較低，因此在地震作用下往往首先發(fā)生破壞，并耗散部分地震能量，填充墻退出工作后，對(duì)結(jié)構(gòu)的受力性能影響降低。而在預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)中，為方便施工，目前的一種常見做法是將預(yù)制剪力墻和填充墻作為一塊整板在工廠預(yù)制。此時(shí)，為了減輕自重，降低填充墻的剛度和強(qiáng)度以減小其對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能的影響，往往在填充墻內(nèi)設(shè)置厚度約為填充墻厚度一半左右的減重材料（聚乙烯泡沫塑料板等），即預(yù)制減重塊混凝土墻板。

但是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，填充墻通常時(shí)被作為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)而忽略了填充墻的剛度、強(qiáng)度等對(duì)結(jié)構(gòu)整體性能的影響。美國FEMA-356規(guī)范明確規(guī)定：對(duì)填充墻的計(jì)算模型，需要考慮填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度貢獻(xiàn)，可以采用斜撐桿模型來模擬計(jì)算。我國是采用經(jīng)驗(yàn)公式法來計(jì)算基本周期，然后考慮填充墻對(duì)整體剛度的影響，對(duì)周期進(jìn)行折減?！堆b配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)結(jié)構(gòu)地震作用計(jì)算周期折減系數(shù)取值有規(guī)定：內(nèi)力和變形計(jì)算時(shí)，應(yīng)計(jì)入填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響。當(dāng)采用輕質(zhì)墻板填充墻時(shí)，為了考慮其對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響，可采用周期折減的方法；對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)，周期折減系數(shù)可取0.8～1.0；對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，周期折減系數(shù)可取0.7～0.9。

2 工程實(shí)例模型計(jì)算結(jié)果分析對(duì)比

2.1 工程概況

某安置房小區(qū)住宅產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，住宅單體樓采用裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)，單體建筑最高層數(shù)為30層，住宅部分自構(gòu)造邊緣構(gòu)件層開始采用裝配式結(jié)構(gòu)，預(yù)制裝配率不低于50%。預(yù)制構(gòu)件種類包含預(yù)制疊合板、預(yù)制PCF板、預(yù)制樓梯、預(yù)制空調(diào)板、預(yù)制板式陽臺(tái)、預(yù)制樓梯隔墻、預(yù)制外墻、預(yù)制內(nèi)墻等，預(yù)制外墻窗下墻部分及預(yù)制內(nèi)墻采用內(nèi)部設(shè)置減重塊的預(yù)制混凝土墻。其中某一戶型深化平面圖如圖1所示。

2.2 結(jié)構(gòu)模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比

本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)模型計(jì)算采用盈建科YJK建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，以其中某一30層單體住宅樓結(jié)構(gòu)計(jì)算模型為例，對(duì)兩種模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。對(duì)于含有門窗洞口的預(yù)制剪力墻板，將窗下墻與兩側(cè)的剪力墻作為一個(gè)整體共同預(yù)制。此時(shí)，窗下墻不再是傳統(tǒng)意義上的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，而是作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件參與結(jié)構(gòu)受力。當(dāng)窗下墻與下層連梁間未通過連接鋼筋進(jìn)行有效連接時(shí)，可視為并列布置的“雙連梁”。與僅有單根連梁的情況相比，雙連梁的剛度和承載力均大幅增加。即使在窗下墻中設(shè)置部分減重材料，其對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能的影響仍不可忽略。因此，模型1采用普通剪力墻結(jié)構(gòu)，荷載按預(yù)制墻板等實(shí)際重量計(jì)算，考慮在同一層內(nèi)既有現(xiàn)澆混凝土墻板，又有預(yù)制混凝土墻板，現(xiàn)澆剪力墻水平地震作用下計(jì)算采用的彎矩、剪力宜乘以不小于1.1的增大系數(shù)，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，全樓統(tǒng)一地震作用放大1.1倍；模型2為模擬預(yù)制減重塊混凝土墻板剛度，預(yù)制外墻非剪力墻部分采用120mm厚剪力墻開洞模型，洞口按門窗實(shí)際尺寸，預(yù)制內(nèi)墻非剪力墻部分采用100mm厚剪力墻模型。模型部分計(jì)算結(jié)果對(duì)比如下表所示。

剛度及剛重比計(jì)算結(jié)果對(duì)比 表1

周期比、剪重比及位移角計(jì)算結(jié)果對(duì)比 表2

表1中，RJX1，RJY1表示結(jié)構(gòu)總體坐標(biāo)系中塔的側(cè)移剛度和扭轉(zhuǎn)剛度(剪切剛度)，RJX3，RJY3表示結(jié)構(gòu)總體坐標(biāo)系中塔的側(cè)移剛度和扭轉(zhuǎn)剛度(地震剪力與地震層間位移的比)，剛度參數(shù)選取其中15層計(jì)算結(jié)果作為參考。從表中可以看出模型2地震作用下剪切剛度有所增加，側(cè)移剛度、扭轉(zhuǎn)剛度及剛重比相比模型1增加較多。周期比、剪重比及位移角計(jì)算結(jié)果對(duì)比如下表2所示。

從表2中可以看出模型2地震作用下周期比、位移角均相比較小，剪重比相比較大，從而可以進(jìn)一步得出模型2剛度相比較大的結(jié)論。雖120mm厚或100mm厚剪力墻模擬無法反映預(yù)制減重塊混凝土墻板真實(shí)剛度，分析模型與結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況也不盡相同，但可發(fā)現(xiàn)預(yù)制減重塊混凝土墻板對(duì)主體結(jié)構(gòu)剛度影響確實(shí)很大。

2.3 剛度分析

從上述對(duì)比模型計(jì)算的結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，原先現(xiàn)場砌筑的填充墻改為預(yù)制構(gòu)件后改變了結(jié)構(gòu)本身的受力性能，如果仍然按照填充墻作為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算模型計(jì)算分析，就不能真實(shí)的反映結(jié)構(gòu)本身的受力狀態(tài)，包括構(gòu)件其本身的受力特點(diǎn)，即使采用布置了預(yù)制減重塊的混凝土墻板，其仍然具有較高的強(qiáng)度和剛度。雖然預(yù)制外墻窗下墻部分及預(yù)制內(nèi)墻非剪力墻部分規(guī)則的布置了減重塊，但是此部分代替的鋼筋混凝土構(gòu)件極大的提高了結(jié)構(gòu)本身的剛度，在模型計(jì)算分析時(shí)，結(jié)構(gòu)整體剛度的增加導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)地震作用加大。在裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)地震作用計(jì)算分析時(shí)，因無法考慮這部分新增加的剛度，從而造成了軟件模型模擬計(jì)算的失真，這樣就可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在地震作用下產(chǎn)生不安全的因素。因此，裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮局部預(yù)制減重塊混凝土墻對(duì)結(jié)構(gòu)剛度計(jì)算的影響，需要對(duì)其剛度影響的量化進(jìn)行進(jìn)一步分析研究。

4 結(jié)論

隨著國家對(duì)住宅產(chǎn)業(yè)化的不斷推廣和發(fā)展，在裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)中，往往將門窗洞口與剪力墻作為一個(gè)整體預(yù)制，即將窗下墻與兩側(cè)的剪力墻作為一個(gè)整體共同預(yù)制，從而進(jìn)一步提高構(gòu)件預(yù)制率和施工效率；另外，為了提高建筑整體預(yù)制率等，建筑內(nèi)部普通隔墻也會(huì)做一部分預(yù)制內(nèi)墻板。這些預(yù)制混凝土墻板極大的提高了結(jié)構(gòu)整體的剛度，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)地震作用加大，若設(shè)計(jì)時(shí)不考慮局部預(yù)制減重塊混凝土墻對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度的影響，那么計(jì)算模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)的受力情況并不相符，這樣結(jié)構(gòu)在地震作用下可能會(huì)產(chǎn)生不一樣的破壞模式。因此，裝配整體式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)局部預(yù)制減重塊混凝土墻對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度的影響較大，不能忽略，裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系在實(shí)際應(yīng)用中需要合理的理論分析，以及反復(fù)的試驗(yàn)研究，預(yù)制減重塊混凝土墻對(duì)主體結(jié)構(gòu)剛度等抗震性能的影響需要進(jìn)一步分析研究。