新型装配式房屋建筑结构抗震性能优化研究

引言

随着建筑工业化的不断推进，新型装配式房屋建筑凭借施工高效、节能环保等显著优势，在建筑领域的应用愈发广泛，成为推动建筑行业转型升级的重要力量。然而，在地震等自然灾害频发的背景下，其抗震性能的优劣直接影响着自身的推广应用与安全保障，是当前行业关注的焦点问题。新型装配式房屋建筑与传统现浇结构在构造形式、受力特点上存在明显差异，其抗震性能受到结构体系、节点连接、构件拆分等多种因素的综合影响。目前，尽管新型装配式房屋建筑得到了快速发展，但在抗震性能方面仍面临诸多挑战，部分工程在地震中暴露出的问题，凸显了对其抗震性能进行深入研究和优化的必要性。

一、新型装配式房屋建筑结构抗震性能现状

1.1 主流结构体系的抗震表现

当前新型装配式房屋建筑的主流结构体系在抗震表现上各有特点。装配式剪力墙结构在低烈度地震区域应用较为广泛，其整体刚度相对较大，在遭遇较小地震时，结构的稳定性能够得到较好保障。装配式框架结构具有较好的空间布置灵活性，然而其抗侧移刚度相对较弱。在地震作用下，框架梁柱节点承受较大的剪力和弯矩，若节点连接处理不当，容易出现变形过大甚至破坏的情况，进而影响整个结构的抗震性能。

1.2 现有抗震设计与规范应用

现房装配式房屋建筑抗震设计，大多数均是依托传统的现浇结构抗震设计，采取相应的调整，尚没有针对装配式结构特点形成的专门设计方法。设计时将构件拆分情况和连接节点受力情况都倾向于采用现浇结构的结构设计经验，没有考虑装配式结构的装配特点如何对装配式房屋建筑的抗震性能产生影响。在规范的使用上，装配式房屋建筑抗震设计使用抗震规范时，规范已经对装配式房屋建筑抗震设计作出相应规定，但是太过笼统，缺少具体规范的指导性操作，不同地域对于相关规定的理解和重视程度不同，也会影响装配式房屋建筑抗震设计的质量。

二、新型装配式房屋建筑结构抗震薄弱环节分析

2.1 节点连接性能不足

节点连接是装配式结构重要的环节，其性能对整个结构的抗震性能至关重要，而目前部分节点连接方式存在严重的不足。刚性连接的节点能够保证其刚度，但其在地震作用下，变形能力较差，无法通过塑性变形耗散地震能量，易造成脆性破坏。柔性连接的节点虽然提高了一定的节点变形能力，但其刚度比较小，在地震作用下，容易形成较大的节点相对位移，造成结构整体位移过大，不符合强节点、弱构件的设计原则，无法保证结构的整体稳定性。

2.2 构件拆分与整体协同性差

新型装配式房屋建筑结构在构件拆分不合理的情况下，会影响整体构件的协同性。一些装配式房屋建筑在构件拆分过程中，往往为了提高施工的方便性，随意对构件进行拆分，将构件拆分过小、过多。使连接的节点增加，这样会提高施工的难度，也会导致结构整体性能影响，在地震作用时，会涉及大量的节点，应力会不均匀，会导致一部分节点出现破坏。一些构件拆分位置不合理也会对建筑结构的抗震性产生影响。一些结构会将构件在承受强度较大的位置设置拆分节点，这样在地震发生时，这些位置就会成为受力弱的环节，导致节点在承受地震力的作用时首先出现破坏，引起结构破坏。

2.3 材料与结构适配性问题

结构与材料的配合性不够。一些新型装配式结构中使用的预制构件所使用的混凝土的强度较高，但是延性较差，并且其使用的钢筋强度较低，钢筋的屈服强度不够大。在遭遇地震后，在混凝土构件中首先达到极限强度并被压碎，钢筋无法起到应有效应的抗拉强度，结构的抗晃动效果受到一定影响。部分材料本身性能优异，但由于与装配式结构的工作性能以及受力特性并不吻合。

三、新型装配式房屋建筑结构抗震性能优化策略

3.1 节点连接形式创新与优化

为解决节点连接性能不良的问题，可以对节点连接方式进行改进，研制半刚性节点连接方式，即该节点利用螺栓提供一定的刚度，同时采用耗能垫片在地震作用下的塑性变形来耗散地震能量，既考虑到了节点的刚度，也考虑到了其延性，可以有效提升节点的抗震性能。对灌浆套筒连接进行改进。可以优化灌浆料的配置，提升其流变性及强度，在灌浆套筒内充分密实，提升节点的连接强度。

3.2 结构体系与构件拆分优化

改变结构体系和构件拆分方法有利于提升新型装配式房屋建筑结构整体抗震性能。在结构体系的选择上积极推广应用模块化集成结构体系，即将房屋建筑划分成多个模块单元，每个模块单元在现场预制完成后，运至现场进行一次拼装，单元内部采用刚性连接，保证模块单元的整体性，模块单元之间通过柔性耗能节点相连，在地震作用下可以既保证结构的整体稳定性，同时又能通过柔性节点耗能来消散地震能量。在拆分构件时应当遵守拆分时力求大构件少节点原则，较少构件连接节点，以期提高整个结构的完整性，构件拆分位置应尽量选择在构件受力较小的位置，地震作用下应该保证塑性铰发生于非连接段，避免构件连接节点处成为薄弱部位。

3.3 材料性能提升与适配设计

加强材料选用和适应性设计，通过材料性能的提升与适应性设计提升新型装配式房屋建筑结构抗震性能。在预制构件中推广应用纤维增强混凝土，该类混凝土在使用中具备抗裂性能好、延性强等特点，能够提升预制混凝土构件受力情况下钢筋屈服前的承载能力及构件在地震作用下的变形能力。在节点部位使用高强高性能混凝土，能够提升节点抗剪、抗裂性能，减小节点在地震作用下破坏程度。合理选用钢筋与混凝土，使得二者材料性能适应，按照结构受力需求与抗震性能需求选择钢筋强度等级、延性种类，使钢筋与混凝土在地震作用下协同工作，充分发挥钢筋延性与混凝土抗裂性能。

3.4 抗震设计方法与验算体系完善

及时将抗震设计方法、抗震验算等完善，提高新型装配式房屋建筑结构抗震性能。采用基于性能的抗震设计，根据建筑重要性、使用功能、地震环境确定不同性能目标，针对不同性能目标提出不同的设计方案和参数，达到结构在不同强度地震作用下的抗震效果。在设计中加强节点受力分析、节点受力验算，采用更精确的计算模型，体现节点实际受力状态和变形特征，满足节点承载力和变形要求。注重结构受力方面的施工，关注施工误差、施工质量对结构受力的影响，设计预留安全余量。制定专门适用于装配式结构的抗震验算体系，补充、完善现有规范中关于装配式结构抗震验算方面的内容。

结语

新型装配式房屋建筑结构的抗震性能是其推广应用的关键因素。当前，其主流结构体系在抗震表现上各有优劣，抗震设计与规范应用还存在一些不足，节点连接性能不足、构件拆分与整体协同性差、材料与结构适配性问题等是主要的抗震薄弱环节。通过节点连接形式创新与优化、结构体系与构件拆分优化、材料性能提升与适配设计以及抗震设计方法与验算体系完善等策略，能够有效提升新型装配式房屋建筑结构的抗震性能。

参考文献

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