模块化建筑中钢结构 - 复合墙体连接节点的抗震性能优化

一、引言

模块化建筑凭借施工高效、质量可控、绿色环保等优势，在住宅、商业、办公等领域得到广泛应用。其核心在于将建筑划分为多个模块单元，在工厂预制后运输至现场组装。钢结构与复合墙体的组合是模块化建筑常见形式，但连接节点作为结构受力传递的关键部位，在地震作用下易出现应力集中、变形过大等问题，影响整体抗震性能。因此，优化钢结构 - 复合墙体连接节点的抗震性能，对提升模块化建筑安全性具有重要意义。

二、钢结构- 复合墙体连接节点对抗震性能的影响因素

（一）节点构造形式

模块化建筑中，钢结构 - 复合墙体连接节点构造复杂多样，包括角部连接、中柱连接、梁跨中连接等。不同构造形式在受力传递路径、刚度匹配等方面存在差异，直接影响抗震性能。例如，角部连接节点需同时承受水平地震力和竖向荷载，若构造不合理，易导致节点区钢构件屈服或复合墙体破坏，降低结构整体稳定性。

（二）材料特性

钢材的强度、延性以及复合墙体材料的力学性能，对节点抗震性能有显著影响。高强度钢材可提高节点承载能力，但延性不足可能导致脆性破坏；复合墙体若刚度过大，会限制钢结构变形，增加节点应力集中风险；若刚度过小，则无法有效分担地震力，降低结构耗能能力。

（三）连接方式

传统连接方式如焊接、螺栓连接等，在模块化建筑中存在局限性。焊接易产生焊接缺陷，且现场焊接质量难以保证；普通螺栓连接在地震反复作用下易松动，导致节点刚度退化。新型连接方式如插入式连接、预应力连接等，虽能提高连接可靠性和抗震性能，但设计复杂、施工难度大，需进一步优化。

（一）优化节点构造设计

1. 采用合理构造形式

根据节点受力特点，选择适宜的构造形式是优化钢结构 - 复合墙体连接节点抗震性能的基础。以角部连接节点为例，十字板螺栓连接是一种高效且可靠的方式。通过在模块单元间精准插入十字形连接板，并利用高强螺栓将相邻模块紧密连接，这种构造形式能够巧妙地实现节点刚度与强度的匹配。在地震作用下，十字板能有效分散水平地震力，避免局部应力集中。而中柱连接节点采用上下柱端插销连接，这种设计限制了上下柱端截面的相对水平位移，防止结构在地震中发生过大侧移，同时允许竖直方向抗压抗拉，为结构提供了足够的变形能力，使结构在地震过程中能更好地耗散能量，保障整体稳定性。

2. 增设加强构件

在节点区增设加强肋板、加劲板等构件是提升节点抗震性能的重要手段。在梁柱节点区设置横向加劲板，当节点受到地震力作用时，横向加劲板能够有效地分散节点应力，将集中应力分散到更大的区域，从而防止局部屈曲现象的发生。局部屈曲会导致节点承载能力急剧下降，影响结构安全，而加劲板的设置可避免这一情况。在复合墙体与钢结构连接部位设置连接件加强板，能增强墙体与钢结构的协同工作能力。在地震过程中，墙体和钢结构会相互影响，加强板可使两者更好地共同受力，减少因连接不紧密而产生的相对位移，提高节点整体抗震性能。

（二）选用高性能材料

1. 采用高强度、高延性钢材

选用 Q460、Q550 等高强度钢材对钢结构 - 复合墙体连接节点抗震性能提升具有显著作用。高强度钢材具有更高的屈服强度和抗拉强度，能够提高节点的承载能力，使得在相同的设计要求下，可以减少构件截面尺寸，进而降低结构自重。结构自重的减轻可减小地震作用对结构的影响，因为地震力与结构质量成正比。同时，钢材应具备良好的延性。在地震作用下，结构会发生较大的变形，良好的延性确保钢材能通过塑性变形吸收大量能量，避免发生脆性破坏。脆性破坏是突然且毫无预兆的，会严重威胁结构安全，而高延性钢材可使结构在地震中有一定的变

形缓冲，保障人员安全。

2. 优化复合墙体材料

根据结构抗震需求选择合适的复合墙体材料至关重要。轻钢龙骨复合墙体是一种理想的选择，它由轻钢龙骨、石膏板、岩棉等组成。轻钢龙骨具有较高的强度和刚度，能为墙体提供稳定的支撑结构；石膏板则具有良好的防火性能和一定的强度；岩棉具有优异的隔热和吸音性能，同时质量轻。这种组合使轻钢龙骨复合墙体具有质量轻、隔热性能好、抗震性能优异等特点。在墙体中开设适度洞口，可改变墙体应力分布。洞口的存在使墙体在地震作用下的应力传递路径发生改变，避免了应力在局部过度集中，提高了墙体变形能力，增强了结构耗能能力，使结构在地震中能更好地抵抗地震力的破坏。

（三）创新连接方式

1. 推广全装配连接技术

全装配连接方式为钢结构 - 复合墙体连接节点抗震性能优化提供了新的思路。它可避免现场焊接，从而提高施工质量和效率。现场焊接受环境、工人技术水平等因素影响较大，容易出现焊接缺陷，如气孔、夹渣等，这些缺陷会降低焊接质量，影响节点抗震性能。而采用具有附加耗能的全装配模块化钢结构插入式连接节点，通过 T 型连接件代替传统焊接连接，实现模块单元全装配。连接件与摩擦板相对滑移提供附加耗能，这种设计巧妙地将塑性损伤转移至预设区域，保护主要构件。在地震过程中，预设区域通过变形吸收能量，实现损伤可控，显著提高节点抗震性能，同时便于施工和后期维护。

2. 应用预应力连接技术

预应力连接技术在钢结构 - 复合墙体连接节点中具有独特优势。通过张拉预应力筋，使节点处于预压状态，可提高节点刚度和承载能力。预压状态下的节点在受到外力作用时，能更好地抵抗变形，保持结构稳定性。同时，预应力筋在地震作用下可产生弹性恢复力，减少结构残余变形。结构在地震后残余变形过大会影响其正常使用和后续抗震能力，而预应力筋的弹性恢复力可使结构在一定程度上恢复到原始状态。在模块化建筑中采用预应力连接节点，通过预应力筋将模块单元紧密连接，增强结构整体性，使各个模块在地震中能协同工作，共同抵抗地震力，提高整体抗震性能。

（四）引入减震阻尼技术

在钢结构 - 复合墙体连接节点处设置减震阻尼器是提高结构抗震性能的有效措施。粘弹性阻尼器、滑动摩擦阻尼器等不同类型的阻尼器可根据结构特点进行选择。以在梁柱节点区安装粘弹性阻尼器为例，当地震作用时，阻尼器通过剪切变形吸收能量。地震力会使梁柱节点产生振动和变形，粘弹性阻尼器的剪切变形能够将部分地震能量转化为热能等其他形式的能量消耗掉，减少节点应力集中。节点应力集中是导致节点破坏的重要原因之一，通过阻尼器的作用，可降低节点处的应力水平，保护结构免受地震破坏，提高结构在地震中的生存能力，保障人员生命安全和建筑物的正常使用。

结论

模块化建筑中钢结构 - 复合墙体连接节点的抗震性能优化是保障建筑安全的关键。通过优化节点构造设计、选用高性能材料、创新连接方式、引入减震阻尼技术等措施，可有效提高节点抗震性能，增强结构整体稳定性。未来，随着建筑技术的不断发展，应进一步深入研究新型连接节点和减震技术，完善模块化建筑抗震设计规范，推动模块化建筑在更多领域的应用，为城市安全发展提供有力保障。

参考文献

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