高层装配式隔震结构抗震性能研究

高层装配式隔震结构抗震性能研究

杨学铭

身份证： 44150219840301****

摘要：中国是一个地震多发国家。如何保证装配式结构不连续倒塌，满足抗震规范的抗震性能要求，对装配式住宅结构的整体抗震性能分析就显得尤为重要。

关键词：高层建筑；装配式建筑；隔震结构

引 言

装配式住宅在中国高层建筑中的应用越来越多，但在现阶段，根据我国的实际情况，我国对装配式住宅的研究还不深入，甚至有些还处于空白阶段。这对我国高层预制隔震结构抗震性能的研究质量有很大影响。

1 地震对建筑的危害性

不管是过去，现在，还是在未来，地震一直都是人类社会面临的严重自然灾害之一，其具有很强的破坏力。到目前为止，唐山和汶川地震至今都令人历历在目。地震对建筑物造成的破坏是巨大的，主要表现在以下几点：第一，地震引起建筑物地基的地震沉降和砂土液化，导致地基破坏；第二，地震造成了整个地面的严重变形，导致建筑物的重心移动和倒塌；第三，受地面运动的剧烈振动，由于过度变形、连接接头损坏和结构强度不足，结构整体不稳定甚至倾覆。因此，提高建筑结构的抗震性能设计已成为设计人员必须面对的紧迫问题。

2 装配式建筑的概念

随着现代工业技术的发展，建筑房屋可以像机器生产一样批量、成套生产。只要预制好的房屋构件运到施工现场进行组装。装配式建筑在20世纪初开始引起人们的兴趣，但直到20世纪60年代才实现装配式建筑的建造。装配式构件建筑由于其施工速度快、生产成本低，在世界范围内迅速普及。后来，人们对设计进行了改进，增加了灵活性和多样性，装配式建筑不仅可以批量建造，而且具有丰富的风格。美国有一座活动住宅，这是一座相对先进的装配式住宅。每个住宅单元就像一辆大拖车。只要用专用车拉到现场，用吊车吊到地垫块上，并与预埋水渠、电源、电话系统连接即可使用。

3 高层装配式隔震结构抗震性能研究意义

3.1 减少人员伤亡

衣食住行是人民生活的基本保障。然而，在自然灾害中，特别是地震灾害的存在，人们的基本生存需求无法得到满足，给人们带来了巨大的精神打击。首先，在建设过程中，缺乏相关的技术和意识。在施工过程中，存在着偷工减料的现象，导致建筑物抗震性能较差。近年来，地震造成的房屋倒塌给人们带来了无法预料的伤亡和巨大的财产损失。为了减少人员伤亡，设计人员通常在建造建筑物时采取措施，如在建筑物主体和基础之间增加隔离层，或加强地基。地基的稳定性关系到抗震的效果，稳定的地基在地震中不易变形。同时，在选择基础时，应在相同性质的基础上选择相同的底板，以避免由于不同性质而削弱的抗震性能。建筑结构工程抗震设计的主要功能是减少人员伤亡和财产损失。由于地震是不可抗拒的自然因素，我们只能通过加固地板来避免伤亡。

3.2 提高建筑物的抗震能力

建筑结构工程抗震设计的主要功能是提高建筑物的抗震能力，最大限度地减少地震对建筑物的影响。在工程抗震设计中有一个非常巧妙的设计，就是在建筑物顶部增加一个反摆。它的作用是在地震时，反摆与建筑物倾斜的方向是相反的，可以减小地震对建筑物造成的压力，减缓倾斜速度，最大限度地保护建筑物。

4 高层装配式住宅结构抗震性能出现的问题

预制混凝土结构的研究已经取得了很多成果，但仍存在以下不足，影响了其推广。（一）目前，装配式结构的研究主要集中在钢筋连接、墙板节点和构件的性能上，而对结构整体抗震性能的研究相对较少，装配式混凝土结构在高烈度地震区的推广存在理论上的限制；（二）目前，我国对装配式混凝土结构的研究普遍不协调。各地把自己的研究成果用于实践，重复工作多，与先进的研究成果不能全面比较。装配式结构在应用中存在技术单一、造价高等问题；（三）装配式混凝土结构节点的试验研究已经取得了一些成果，但如何在设计分析中建立正确的计算模型，使其能够很好地模拟装配式节点的力学特性，即：如何实现科研成果与设计应用的良好衔接，有待进一步研究；（四）目前，我国建造的装配式混凝土剪力墙结构普遍存在修整匹配度低、现浇工作量大、部分预制墙不参与受力等缺点。

5 影响高层装配式隔震结构抗震质量的因素

5.1 地震强度、频率

在抗震结构设计过程中，要根据当地地震的实际情况进行设计，以确保设计的抗震结构能最大限度地满足当地的实际情况，提高建筑物的抗震质量。例如，日本位于地震多发区。在其发展过程中，对抗震结构的研究非常深入，其建筑物也能在很大程度能上抵抗地震袭击。在实际应用过程中，如果建筑物遭受强烈地震，建筑物内部的抗震结构可能会因地震而发生偏移，其抗震性能也会受到很大影响。因此，高层装配式构件工作结构的抗震质量与当地的地震频率和烈度有很大关系。

5.2 施工质量

高层装配式隔震结构的施工应严格按照相关程序进行，这样可以在很大程度上保证结构的标准化，进而保证其抗震性能。在高层装配式隔震结构的设计中，设计人员需要经过相当严格的计算，才能够在很大程度上保证其抗震性能。在实际施工过程中，如果施工质量不高，不按照装配式住宅隔震结构的设计要求进行施工，会在一定程度上影响应用质量。

5.3 试验严谨性

为了保证高层装配式隔震结构的抗震质量，有必要在其结构设计完成后进行试验，模拟真实场景，然后分析其在实际应用过程中的应用，从而在很大程度上保证其施工质量。在实验过程中，一些研究者对数据记录不够重视，导致数据错误，影响实验结果。或者有些实验者在实验过程中只进行一次实验，很难保证实验数据是否产生偶然数据，从而在一定程度上影响实验结果的准确性。因此，在研究高层装配式隔震结构抗震性能的过程中，有必要保证实验的准确性，尽量模拟实验中的真实场景，帮助设计人员更准确地分析高层装配式隔震结构的抗震性能。

5.4 高层建筑抗震设计标准较为滞后

目前，我国高层建筑抗震设计标准与发达国家相比存在较大差距。现阶段采用的建筑结构设计安全标准已难以满足我国高层建筑的实际需要。因此，迫切需要提高高层建筑的抗震设计水平。

6 高层装配式结构抗震性能研究

6.1 原材料性能研究

原材料性能是保证装配式结构抗震性能的重要因素。一般情况来说，原材料的质量越高，其抗震性能也会越来越高。而高层装配式住宅在进行隔震结构研究的过程中，对于研材料性能的实验主要是针对于混凝土以及钢筋质量进行检验。本文在进行研究的过程中，所选择的是强度为C30以及C60的混凝土，其在研究过程中的性能情况如表1所示。

表1 C30，C60混凝土性能分析

6.2 隔震力学模型建造

在发展过程中，我国也将更多的高新技术应用于隔震结构的抗震性能研究，并建立模型，以帮助相关设计人员更直观地分析和研究建筑物的隔震能力。在建立隔震力学模型的过程中，选用美国CSI公司开发的ETABS软件。本软件是一个三维软件，可以分析建筑整体结构在使用过程中的静力、反应谱、动力时程反应。

6.3 隔震结构参数选择

隔震结构参数选择的合理性可以大大提高研究人员的判断质量，有助于施工企业更好地开展高层装配式建筑的施工。在隔震结构参数的选择过程中，应注意以下三个方面。第一，其橡胶隔震支座之间竖向所承受的力应该是相同的，实际应用过程中的承受的竖向应力不应超过其极限值。第二，必须确保所建立模型的内部制造在地震作用下不会产生拉应力。即使产生拉应力，也要保证拉应力不大于1MPa。第三，在设置隔震支座的过程中，其极限水平位移应小于其有效直径的0.55倍。

6.4 地震波的选择

地震波选择的合理性是影响高层装配式隔震结构抗震性能的重要变量。中国对地震波的选择也有相对严格的规范。在选择地震波的过程中，需要注意以下几个方面：第一，在地震波选择过程中，要根据施工现场的实际情况和设计要求，合理选择地震波。在实际应用过程中，应选择实际强震记录和人工模拟的加速度时程作为参考数据，实际强震记录的数量不得少于所有参考数据的2/3。第二，在弹性时程分析过程中。每个弹性时程的结构底部恢复应不小于地层分析反应谱计算结果的65%。第三，当计算多个时程时，底部的平均CV不得小于模式分解响应谱中计算数据的80%。

6.5 隔震层结构设计

隔震层是高层装配式隔震结构重要的组成部分。在实际应用过程中，主要由支墩、柱子、墙体和地下室等组成。在设计隔震层的过程中，相关设计人员需要根据建筑物的实际情况，合理地设计隔震层，以保证每一层的隔震层在实际应用过程中都能发挥其应有的作用。

6.6 数据分析

在完成上述工作后，实验人员需要根据实验要求将地震波导集成到建筑模型中，通过模型反映高层装配式建筑在地震中的实际情况，协助相关人员对其进行优化和改进，在实验过程中，相关人员需要对选定的数据进行多次实验。或者通过数据对比等方式提高数据的合理性和准确性，从而保证实验计算结果与实际结果最大程度的接近，从而保证建筑物能够更加安全地投入使用。

结束语

对于装配式住宅来说，做好抗震性能的研究和设计是非常重要的。只有积极采取合理有效的抗震设计方法，才能提高设计水平和抗震性能。

参考文献

[1]袁爱珍,卢德辉,张华平,等.某高层装配式建筑隔震分析与设计[J].广东土木与建筑,2018,(7).28-31.袁爱珍,卢德辉,张华平,等.某高层装配式建筑隔震分析与设计[J].广东土木与建筑,2018,(7).28-31.

[2]谭平,李洋,匡珍,等.装配式隔震结构中隔震节点抗震性能研究[J].土木工程学报,2015,48(2):10-17.

[3]姚大鹏.装配式隔震结构中隔震节点抗震性能的分析

[J].建筑工程技术与设计,2017,(17):805-805.doi:10.3969/j.issn.2095-6630.2017.17.768.

[4]于敬海,包立刚,张锡治,等.高层框架层间隔震结构抗震性能分析[J].工程抗震与加固改造,2016,38(1):60-64.doi:10.16226/j.issn.1002-8412.2016.01.009.

[5]王德伟,常彦铮.层间隔震框架结构抗震性能分析[J].四川建筑,2012,32(1):166-168.doi:10.3969/j.issn.1007-8983.2012.01.064.

[6]苏泽斌.层间隔震框架结构抗震性能分析[J].福建工程学院学报,2011,09(6):579-584.doi:10.3969/j.issn.1672-4348.2011.06.015.

[7]韩坦.论装配式建筑混凝土框架结构关键技术[J].建筑工程技术与设计,2019,(26):188.doi:10.12159/j.issn.2095-6630.2019.26.0182.

[8]奉鹏,陆铁坚,董传磊.层间隔震结构抗震性能分析与研究[J].中国西部科技,2010,9(5):19-21.doi:10.3969/j.issn.1671-6396.2010.05.008.