配筋混凝土暖砖剪力墙结构抗震性能研究

配筋混凝土暖砖剪力墙结构抗震性能研究

禚焕雯  ,韩京帅 ,李法国 ,陈娟  ,杜世才

潍坊市市政工程设计研究院有限公司  山东省潍坊市  261000

摘要：近几年，随着环境问题的日益突出，国家推行了关于节能减排的相关政策，建筑业作为高能耗产业，各地也发行了建筑节能设计标准，大力提倡绿色建筑。外墙保温是建筑节能的关键环节，传统保温材料易燃且施工工艺导致的易脱落等现象催生了新的保温材料和保温结构一体化。常见的保温结构一体化形式是复合保温砌块，该材料避免了传统保温材料的缺点，但承载力不高，多用于填充墙和多层砌体结构，于是配筋混凝土暖砖墙体登上历史舞台，兼备保温和承重功能，该结构形式具有广阔的应用前景。本文主要对配筋混凝土暖砖剪力墙结构的抗震性能进行分析研究。

关键词：节能；保温；配筋混凝暖砖；剪力墙结构；抗震性能

1配筋混凝土暖砖剪力墙结构的研究背景

我国是一个建筑大国，在实行建筑节能设计标准以前，建筑能耗相比发达国家较高，能源利用率也低。我国也是能源消耗大国，而我国人均能源占有量不足，因此推行绿色建筑对节能减排有着重大意义。我国自1986年推行《民用建筑节能设计标准》，第一阶段的节能标准为30%，即在当地1980年～1981年住宅通用设计能耗水平的基础上节约30%，1996年实施第二阶段的节能标准50%，建筑节能发展至今，北方地区的节能标准已提高到65%甚至75%。

建筑节能是通过提高建筑外围护结构的保温性能、门窗的气密性以及供热系统的转换率来实现的。其中，传统的外墙保温形式为粘贴或干挂保温板，随着节能标准逐渐提高，保温层越来越厚，对施工的要求也越来越高，大大增加了建设成本。保温层厚度越大，与主体结构连接的难度也越大，工人操作不当会造成保温层的空鼓、脱落，影响保温材料的使用寿命，近几年保温层脱落的现象频发，导致人员伤亡和车辆等财物受损的新闻也时有报道。同时，传统的保温材料比如聚苯板和无机保温板等有良好的保温功能，但耐火性能差，容易引发火灾且燃烧迅速，更严重的是在燃烧过程中会产生大量有毒气体。我国前期建筑大量使用聚苯板，导致火灾事故频发，造成了严重的经济损失和人员伤亡。

在节能与保温的冲突背景下，保温结构一体化应运而生。保温结构一体化即夹心保温，将保温材料置于两片墙体中间，并做好连接，理论上能够避免保温层脱落的现象，并能有效解决保温层引发火灾的问题。自2018年以来，多个城市的住房和城乡建设局发出通知推行建筑保温和结构一体化，更有城市禁止了部分易燃的传统保温材料，并对外贴式保温层的使用部位和施工工艺提出了严格要求，以上种种措施给外墙保温的更新换代提供了广阔的发展空间。

2配筋混凝土暖砖剪力墙结构的研究意义

保温结构一体化的主要形式是复合自保温砌块，其优点是自重轻、施工工艺简单、保温与墙体同寿命且耐火性能好，但是砌块承重能力较差，目前主要用作框架结构及框架-剪力墙结构的填充墙等。

本项目研究的是一种新型的复合保温结构形式，即配筋混凝土剪力墙结构。采用聚苯乙烯暖砖作为模板，暖砖上下错缝搭砌形成空腔，在空腔内置入纵向钢筋，并在砖缝内布置横向钢筋，后浇筑混凝土或自密实混凝土，形成类似剪力墙的结构体系。这种结构形式不仅具备了聚苯乙烯板的保温性能，还有剪力墙的承重功能，同时在聚苯暖砖外侧抹水泥砂浆，砂浆层内置钢丝网加固，以此作为配筋混凝土暖砖的外围保护层，可避免保温层的脱落和火灾的发生，是一种较为理想的复合结构形式。

配筋混凝土暖砖有很多优点，国内对此也多有研究，从最初的无配筋砌块，到配筋混凝土暖砖的理论研究、等效模拟、抗震性能的初步研究以及混凝土暖砖的尺寸、排列对抗震性能的影响等。配筋混凝土暖砖也应用在了实际工程中，但无论是理论研究和实际工程，配筋混凝土暖砖主要用于低层和多层住宅、仓库等，其应用于高层建筑的研究比较少，而我国又是个地震多发的国家，因此对高层配筋混凝土暖砖结构的抗震性能研究具有广阔前景和重大意义。

3配筋混凝土暖砖剪力墙结构抗震性能研究分析

基于前人对配筋混凝土暖砖的理论研究和等效模拟数据，本项目采用外墙200系列配筋暖砖代替普通剪力墙，根据其截面尺寸特征计算出整体剪力墙的等效厚度、等效惯性矩及等效长度等。选取地下1层、地上10层的高层住宅建立剪力墙结构模型，地下1层的层高为3.3米，地上10层的层高均为为2.9米。假定结构安全等级为二级，设计工作年限为50年，住宅所在地的抗震设防烈度为7度（0.1g），第二组，场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.4s，阻尼比为5%，水平地震影响系数最大值0.08，剪力墙结构抗震等级为三级。构件的混凝土强度等级均为C30，钢筋采用HRB400级。

首先通过PKPM软件和ETABS软件分别建立等效剪力墙结构模型，并调试模型进行模态分析，计算出该结构的周期、振型、剪重比、刚重比、最大层间位移比、位移比等参数。将两个软件所得的以上数据整理成曲线图，通过比较可知两个软件的计算结果均满足相应规范的要求，相同参数的数据虽然不完全相同，但均在容许误差范围内。

其次选取三条地震波，通过PKPM软件和ETABS软件分别进行该模型的振型分解反应谱分析，计算出楼层剪力、楼层倾覆力矩、楼层位移和最大层间位移角等参数。将两个软件所得的以上数据整理成曲线图，通过比较可知两个软件的计算结果均满足相应规范的要求。

通过以上计算和验证可得出以下结论：（1）通过两个软件计算的结果数值上有差异，但相差不大，均在允许范围内，这种差异可能是由于两个软件的参数设置及运行方面的不同导致，这个结果验证了该配筋混凝土暖砖等效剪力墙结构是正确的；（2）通过计算分析得出的结果均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》，说明了该模型条件下的配筋混凝土暖砖住宅可以满足结构承载力要求和稳定性、安全性等使用要求。

4结语

我国建筑节能标准的实施已有三十多年，传统的外墙保温材料不断更新换代，风险高的材料逐步被淘汰，科技的创新催生了新的替代品。随着经济的大力发展，雾霾、臭氧层破坏等问题日益突出，因此保护环境的议题也逐渐提上了日程，2005年习近平总书记提出了“绿水青山就是金山银山”的理念，2006年“十一五”规划中提出了节能减排的概念，2020年首次提出了“碳达峰”和“碳中和”的双碳概念，在全面贯彻生态文明建设的大环境下，建筑业作为高耗能产业必须坚持绿色设计和绿色建设。绿色建筑的新时代已经到来，未来的外墙保温也将更加绿色、环保、节能、安全。

本项目利用聚苯乙烯暖砖作为模板，暖砖空腔内部和缝隙内分别植入纵向钢筋和横向钢筋，并用混凝土填充密实，从而形成一种新的复合保温墙体，该墙体在承重能力上可媲美剪力墙，同时又具备保温效果。这种墙体有很多优点，比如自重轻、方便运输，保温性能好且保温层得到了有效保护，减少保温层脱落和火灾的同时能做到保温与墙体同寿命；聚苯暖砖作为模板减少了支模拆模的工序，从而可降低施工成本，缩短施工工期，减少了建筑垃圾的排放，符合我国节能减排和发展绿色建筑的政策。通过PKPM软件和ETABS软件计算，基于高层住宅的配筋暖砖等效剪力墙结构可满足规范的要求，并自证了模型的正确性。因此，配筋混凝土暖砖具有良好的经济效益和社会效益，值得在住宅建筑中大力推广。

参考文献：

[1]王斌. 配筋混凝土暖砖剪力墙结构高层住宅建筑抗震性能研究[D].青岛理工大学,2020.

[2]李明. 配筋混凝土砌块砌体剪力墙结构延性抗震设计方法研究[D].湖南大学,2012.

[3]张士元；高颖；魏万姝.实现新型房屋节能90%目标的措施[J].新型建筑材料，2013（11）72-74+77.