预制装配式框架结构抗震性能分析

戴春娇，王 颖

建筑结构安徽省普通高校重点实验室（安徽新华学院），安徽 合肥 230088

0 引言

预制装配式结构是现阶段国家大力推广发展的建筑类型，在建造方式、节能环保等方面明显优于传统的现浇建筑，可以做到合理利用资源，保护生态自然环境。由于装配式建筑结构形式的复杂多样，在地震作用下的安全问题，也应该引起重视。预制装配式框架结构破坏严重的主要原因之一是预制构件间的连接破坏，这种破坏会造成整个框架结构的离析、破碎。通过研究分析预制装配式框架结构抗震性能的薄弱点，提出提高预制装配式框架结构抗震性能的合理措施，保证结构的安全性。研究成果对促进预制装配式结构可持续发展，加快产业化进程具有重要的意义。

1 预制装配式框架结构可持续发展的因素

1990 年开始，我国已经开始大量引进装配式大板预制构件设计施工技术，并建立了一系列与之对应的规范。后继因为其他原因，装配式建筑发展缓慢甚至停滞不前。21 世纪后，国家开始重视现浇结构所带来的危害，例如劳动力短缺和环境污染，鼓励建筑行业绿色装配式技术发展，并推出了很多政策鼓励发展预制装配式的建筑结构。预制装配式框架结构可以实现系统化、标准化的设计［1］。预制构部件的质量、品质优秀、节约能源并且完工的速度快，可以解决未来劳动力资源短缺。预制装配式框架结构因具有很好的优势而被大力推广［2］。如图1 所示。

图1 装配式框架结构特色优势

2 装配式框架结构抗震性能特点

预制装配式框架结构节点连接的可靠性，是分析该类型结构抗震研究的关键问题，20 世纪以来，各国研究学者做了一系列关于预制梁柱节点的研究试验，试验涉及预制装配式框架结构的经济成本、加工及施工工艺、抗震性能等多方面［3］。试验通常是将现浇的拼接节点和预制的节点进行抗震性能对比研究。通过分析实验结果，可知节点的承载力、刚度、延性耗能能力等决定着结构抗震的强弱［4］。节点构件的连接方式决定节点延性能力，节点的性能关乎着整个结构的承载力、抗震性能、结构刚度等，预制装配式框架结构的节点连接位置主要在柱-柱、梁-柱、叠合梁部位［5］，节点构件的连接方式对结构抗震性能有着关键的影响力。

3 节点易破坏的原因

预制装配式框架结构作为多高层建筑的主要类型，随着国家的积极推广，其应用越来越广泛，但该类型的结构在地震作用下易出现建筑物大面积损害甚至造成建筑物的倒塌，抗震性能整体较差。在地震作用下，预制装配式框架结构节点位置承受的水平剪力为柱子剪力的4～6 倍，易产生剪切脆性的破坏后果，预制装配式框架结构的节点强度、刚度及耗能能力会减弱，因此预制装配式框架结构的节点在地震中的破坏最严重，其抗震性能的薄弱问题在于节点。在地震作用下构件的两端会出现塑性铰，塑性铰会造成预制结构节点破坏和结构的整体倒塌，对于地震后的修复工作开展也极其困难，且塑性铰会在梁端不断的加大，钢筋屈服量也不断增大，结构刚度越来越低。

4 地震效应对比分析

对比分析预制装配式框架结构在多遇及罕遇地震作用下的抗震性能，分析结果如下表1 所示：

表1 抗震性能分析结果对比表

5 合理的消能减震措施

预制装配式框架结构的抗震性能可以通过设置减震装置来改善，例如在结构中设置阻尼器，或设置隔震层在其中间。阻尼器增加了结构阻尼，使结构层间位移减小。国内外学者在消能减震领域已经取得了很多的研究成果，国内有学者研究提出预制装配式混凝土框架结构与扇形铅粘弹性阻尼器结合在一起，形成一种新型预制装配式消能减震的结构体系，通过粘弹性阻尼器的往复剪切变形来滞回耗能，此种消能减震结构体系具有很好的耗能减震的效果［6］。预制装配式框架结构可以通过设计使阻尼器的面内屈服刚度小于预制梁构件的刚度，而其强度却和预制梁构件一样，使其能满足预制装配式框架结构承载力要求和正常使用要求。在遭遇低于本地区设防烈度的多遇地震作用时，结构刚度由阻尼器提供，从而结构的地震反应减小［7］。在遭遇高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震作用时，预制装配式框架结构构件弯曲变形，从而带动阻尼器转动产生变形，使阻尼器发生塑性变形，能满足预制装配式框架结构可靠性的要求，消耗传入结构的地震能量，减弱地震产生的危害，从而能够避免主体结构的破坏。除了消能器外，还可采用设置耗能支撑、隔震支座、消能柱等消能减震措施。

6 结论与讨论

预制装配式框架结构近年来发展迅速，因其设计具有系统性、标准化、并且施工速度快、构部件质量好，可以解决未来劳动力资源短缺、节约能源问题。但缺点是该类型的结构其抗震性能比较差。通过对比分析其在多遇及罕遇地震作用下的抗震性能，可知罕遇地震的地震效应远大于多遇地震，其节点在地震作用下通常承受较大的水平剪力，构件的两端容易出现塑性铰，节点区易出现混凝土保护层压碎、钢筋屈曲现象，塑性铰会造成预制结构节点破坏、甚至是结构的整体倒塌。为了提高预制装配式框架结构的整体抗震性能，通常可以采取在结构中设置耗能减震的装置，例如阻尼器，防屈曲耗能支撑、基础隔震支座等，用来耗散地震能量降低主体结构的地震反应，从而达到很好的消能减震效果。