装配式房屋建筑结构体系创新及抗震性能提升策略

键词：装配式房屋建筑；结构体系创新；节点连接技术；抗震性能提升；智能监测；韧性设

引言

近年来，在双碳目标与建筑工业化政策推动下，装配式房屋建筑凭借减少现场湿作业、提升施工效率、降低能耗等显著优势，迎来快速发展阶段。据统计，我国装配式建筑占新建建筑比例逐年攀升，部分省市已超过30% ，展现出巨大的市场潜力与发展前景。然而，与传统现浇建筑相比，装配式建筑存在构件连接节点多、整体性易受影响等固有特性，在地震作用下，其结构体系的抗震可靠性面临严峻考验。典型震害调查显示，装配式建筑节点破坏、结构协同性不足等问题频发，严重威胁建筑安全与人民生命财产。

一、新型结构体系分类与特点

1.1 材料创新

装配式房屋建筑材料的应用是带动结构体系革新的重要抓手。高强度、高耐久性及抗渗性好的高性能混凝土（HPC）材料在装配式建筑中的应用是当前装配式构件结构体系革新的有效载体。HPC 在装配式建筑中的应用相比普通混凝土可以在保证构件耐久性的前提下实现构件较小的截面尺寸，提高结构构件承载力，使建筑自重降低，为装配式建筑抗震性能的提升做好铺垫。结构体系的创新还可采用纤维增强复合材料（FRP），FRP材料具有轻高强、耐腐蚀、抗疲劳性好的特性，可制作成装配式建筑构件中的增强筋或装配式建筑中的连接部件，提高装配式构件的抗拉和抗剪性能，在沿海、盐碱等腐蚀环境下的装配式建筑中有着广阔的应用前景。绿色材料轻钢及竹木等结构的出现也拓宽了装配式建筑中的材料选用领域，轻钢结构自重较轻，延性和柔性良好，应用在装配式建筑中利于在低层及多层等装配式结构领域应用较为广泛，钢结构较佳的抗压性和抗拉性特点，在地震作用下可使建筑构件通过塑形变形耗能，有效减小结构受损情况。

1.2 结构形式创新

装配建筑结构形式创新是为了增强结构整体性和抗震性能。预制混凝土剪力墙结构作为最为常见的结构形式，近些年，形成了双面叠合剪力墙等结构形式。双面叠合剪力墙是由两块预制混凝土叠合板通过桁架钢筋 /连接件连接，中间浇筑后浇混凝土构成的整个墙板结构，两者相结合既发挥了预制构件施工优势又增强了结构的受力整体性与抗震性能，在高层住宅建筑中使用较多。该结构通过合理设计支撑，提高结构抗侧刚度与耗能能力，在地震作用下先于主体框架结构进入屈服状态，消耗地震能量，保护主体框架结构安全，保证地震后建筑安全。模块化集装箱建筑体系以高度集成化、快速装配优势，在应急建筑、临时建筑、旅游建筑中应用较多。集装箱模块作为基本模块通过标准化接口连接可构成不同功能的建筑单元，同时通过加强节点连接设计提高连接的抗震性能。

二、关键节点连接技术创新

结构节点连接是装配式建筑结构最重要的受力连接形式，节点连接的质量直接决定了结构的整体性及抗震性能。目前，装配式建筑节点连接普遍采用干式与湿式两种方式。其中，干式节点连接有以螺栓连接、预应力连接等为主的连接形式，这种连接方式主要满足现场快速装配和可恢复的要求，施工简单，工期短。螺栓连接是采用高强度的螺栓将预制构件之间连接成整体，节点构件现场装配工艺简单，容易实现现场拼装，且方便进行拆卸维护。预应力连接是一种借助预制构件施加的预应力使构件之间产生摩擦力，提高连接部位抗剪和抗拉能力的节点连接方式，对增强结构整体稳定性具有积极意义。湿式节点连接有以灌浆套筒连接、后浇混凝土连接为主的节点连接方式，其在预制构件中预制钢筋通过锚固、后浇混凝土连接方式实现可靠连接。灌浆套筒连接是一种在预制构件内部的预制钢筋穿过套筒，在内部填充灌浆料使钢筋与套筒构成机械咬合而实现类似于现浇结构连接的技术。后浇混凝土连接一般是在构件接缝处设置后浇带进行浇筑混凝土，使构件形成整体的刚性连接，增强结构协同受力能力。目前，为提升结构中节点的抗震性能，研制新型耗能节点成为当前的研究热点，例如，屈曲约束支撑节点，是在支撑外设约束件，约束其屈曲变形，使其在地震作用下将受力结构中的耗能能力，是连接节点耗能的一个重要方式；另一种为摩擦耗能节点，是利用滑动摩擦面的滑动摩擦，在地震力作用下摩擦面滑动消耗能量，从而保护主体结构。

三、装配式建筑抗震性能提升策略

3.1 抗震设计理论与方法优化

装配式建筑的抗震设计是针对现有的抗震设计理论，难以满足特殊功能要求的装配式建筑进行优化设计，进而寻求更优解。性能抗震设计理念是根据建筑功能及重要性所建立的不同抗震性能的指标，对于提高装配式建筑抗震设计具有更可靠的设计手段。多尺度抗震分析方法可以将装配式建筑的构件尺度与结构体系尺度结合起来进行抗震协同分析，更精确地分析装配式建筑的抗震力学性能。隔震减震与耗能技术可以为装配式建筑的建筑抗震性能提升提供技术途径，合理布置叠层橡胶支座和粘滞阻尼器等隔震 / 耗能装置可以降低地震的输入能量，降低地震结构响应，提高建筑物地震安全性。

3.2 构造措施与施工工艺改进

严格的施工方法以及构造措施，是保证装配式建筑抗震性能的关键。接缝部位加强抗震设计，例如增加一定钢筋搭接长度、提高接缝部位的混凝土强度等级，保证接缝部位的承载力以及延性；装配式楼盖连接是结构整体性的关键部位，应采取可靠连接构造，例如采用叠合板连接、现浇带连接等，提高楼盖的水平传力能力；施工灌浆饱满度直接影响灌浆套筒连接的可靠度，采用先进方法进行监测，例如超声波检测、X 射线检测等以检测灌浆质量，并严格控制构件安装精度，加强施工质量监管，从源头保证装配式建筑的抗震性能。

3.3 智能监测与韧性设计

智能化监测技术可实现装配式建筑在地震等响应下相关构件的实际健康状况的实时、精确监测，通过在装配式建筑重要节点位置安装传感器，建立结构健康监测（SHM），实时掌握装配式建筑在地震作用、日常使用下的结构响应，一旦出现结构损坏或者不安全状态，可对结构的健康状态及时进行评价分析和维护，提升装配式建筑结构的安全性能和耐久性能。韧性设计理念就是使得建筑能够在地震发生后快速恢复能力，采用可更换耗能构件设计，使得建筑在地震发生过程耗能的同时便于建筑震后快速恢复和功能恢复，减少地震带来的损失以及社会危害。

结语

装配式房屋建筑结构体系创新与抗震性能提升是推动建筑工业化发展的关键课题。通过材料创新、结构形式创新与节点连接技术突破，能够有效提升装配式建筑的结构性能；结合抗震设计理论优化、构造施工工艺改进及智能监测与韧性设计策略，可全面增强装配式建筑的抗震能力。未来，随着技术的不断进步，装配式建筑有望在高烈度地区实现更广泛的应用，为建筑行业的可持续发展提供有力支撑。

参考文献

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