高烈度地区装配式建筑框架-剪力墙结构抗震设计研究

摘要：装配式建筑框架-剪力墙结构是一种具有良好抗震性能的结构形式，适用于高烈度地区。在地震作用下，其结构整体性能和构件的抗震性能均表现出较好的性能，能够有效地吸收和分散地震能量。对高烈度地区装配式建筑框架-剪力墙结构的抗震设计进行研究，具有重要的理论意义和实际应用价值。实例分析结果表明：工程中所测试的每层楼层的位移均小于施工允许最大楼层位移，证明高烈度地区装配式建筑框架-剪力墙结构抗震设计具有良好的抗震性能。

关键词：抗剪力墙；装配式建筑；抗震设计

0 引言

随着城市化进程的加速发展，高烈度地区的建筑结构安全性和抗震性能受到了越来越多的关注。装配式建筑因其施工速度快、节能环保等优点，逐渐成为了现代建筑的主流方向。

装配式建筑框架-剪力墙结构是一种具有良好抗震性能的结构形式，适用于高烈度地区。在地震作用下，其结构整体性能和构件的抗震性能均表现出较好的性能，能够有效地吸收和分散地震能量。近年来，框架-剪力墙结构因其优良的抗震性能和广泛的应用范围，逐渐成为高烈度地区建筑结构的首选。

地震具有随机性和不确定性的特点，对建筑结构的抗震性能提出了严峻的挑战。基于此，对高烈度地区装配式建筑框架-剪力墙结构的抗震设计进行研究，具有重要的理论意义和实际应用价值。

本文研究成果不仅可为高烈度地区装配式建筑框架-剪力墙结构的抗震设计提供理论依据和技术支持，还可以为其他类似地区的建筑结构抗震设计提供参考和借鉴。同时，对于提高我国地震工程的整体水平、保障人民群众生命财产安全具有重要的现实意义和社会价值[1]。

1 框架-剪力墙结构抗震关键技术设计

1.1 装配式建筑框架-剪力墙结构节点设计

1.1.1 框架加固的原因及流程

高烈度地区的装配式建筑在长期使用过程中，会产生多种问题，因受原有结构的约束，其加固难度远大于新建筑工程。在装配式建筑中，框架-剪力墙结构的连接是其中的关键，框架与剪力墙结构为高烈度地区提供多变的使用区域，但其抗震能力较弱。

通常情况下，结构的承载力是足够的，但强震时，各层轴力、梁内弯矩及整个结构的侧向位移很难控制，由此造成设计截面过大，甚至会产生超筋情况的发生，这对装配式建筑的合理使用与结构的安全构成了极大的威胁。因此在高烈度地区房屋建筑的抗震设计中，必须全面地考虑到不同的情况，并对框架进行加固。其加固的具体工序步骤如图1所示[2]。

1.1.2 框架加固要点

基于以上分析，本文选择外包钢加固法对高烈度地区的装配式建筑的框架进行加固。外包钢加固法是将型钢包裹在钢筋的四个角或两个侧面，对钢筋进行加固。外包钢对装配式建筑的使用面积没有太大的影响，却能极大地改善结构的承载能力和刚度。

其加固施工步骤如下：首先，在钢板和原混凝土构件之间填充细石混凝土等粘结材料，形成一个共同工作整体，以确保钢板和被加固的混凝土构件能协同工作，同时保证良好的施工质量。其次，对被加固框架的表面进行相关处理，如除污和打磨，并对钢板进行防护处理，或者直接将钢板包裹在被加固构件的外侧，两者之间不填充粘结材料。最后，对柱子外包角钢（通长、连续），且在穿过各层楼板时不能断开，角钢的下端延伸到基础顶面，并使用环氧砂浆进行锚固[3]。

1.1.3 抗剪连接节点设计方法

抗剪连接节点是高烈度地区建筑施工中的重要组成部分，是确保各结构共同工作和协调变形的关键部位[4]。性能良好的连接节点应具备两个条件：一是能够有效抵御横向剪力，二是能够在接合面上抵御“掀起”，这就要求其自身具有一定的刚性与强度。

剪力节点传递由iaXrnEiRwF+Q17gi1mTbZA==一部分框架竖向分布钢筋错位变形引起的弯曲，钢筋框架中的每根钢筋强度的计算公式如式（1）：

（1）

式中：d代表钢筋的直径，ƒz为框架-剪力墙结构的抗压强度，β代表钢筋的横截面面积，ƒx代表钢筋的屈服强度。

对于装配式建筑框架-剪力墙结构，应在其横向、纵向、竖向及周边设计出可靠的节点连接，并使其贯穿结构，以确保各个构件的有效连接、固定。不允许使用仅依赖构件之间摩擦力的节点连接。本文设计的楼板与钢梁之间节点连接如图2所示[5]。

1.2 框架-剪力墙构件固定

在完成框架-剪力墙结构节点的设计之后，为使其达到抗震要求，需要将框架-剪力墙构件进行固定。做好框架-剪力墙的设计是防止连续倒塌的第一道防线。最大变形梁常用于检验抗倒塌设计是否合理，而其受力性能用于验算框架-剪力墙结构是否能够抵抗这个水平力而不发生倒塌。

1.2.1 连梁总剪力需求测算

框架-剪力墙结构的基底倾覆力矩，由连梁耦合作用形成的拉压力偶tw与组合墙肢的抵抗矩（mc，mp）共同平衡。根据预设的基底总倾覆力矩mo，可以计算出装配式建筑的连梁总剪力需求，其计算公式如下：

（2）

式中：Qbi代表施工建筑中第i层连梁的剪力需求。

1.2.2 每层连梁剪力需求测算

框架-剪力墙结构的每层连梁剪力需求，由连梁总剪力需求和特定的分布模式确定[6]。本文采用基于层剪力分布系数αi的分布模式，来确定连梁沿框架-剪力墙结构高度的剪力需求分布[7]。这种分布模式考虑各楼层剪力的分布情况，能够更加准确地计算连梁的剪力需求。

在进行结构设计时，需要根据实际情况对连梁的剪力需求进行精确计算，以确保结构的安全性和稳定性。每层连梁的剪力需求的计算公式如下：

（3）

式中：αi代表层剪力分布系数。

1.2.3 连梁对墙体的轴力测算

实际地震中框架-剪力墙连梁具有较高强度，因此连梁对墙体的轴力也要适当增大，连梁对墙体的轴力也要按1.1倍来进行计算。具体可以参照装配式建筑框架-剪力墙结构的耗能梁段的有关设计条文进行设计。

1.2.4 按剪力屈服实现固定

表1所示为连梁在不同净跨距下的变形特点。分析其变形特点可知，连梁的剪力屈服比弯曲屈服的耗能能力要大，所以框架-剪力墙构件应该按剪力屈服实现固定施工。在剪力墙中嵌入一定深度的连梁框架后，将其进行固定，框架-剪力墙构件的受力性能如图3所示[8]。

2 实例应用分析

2.1 工程概况

该市处于地震板块交界区域，基于此需要进行抗震设计。该工程地上结构共25层，1层层高为4m，其余层高为3.5m，大厦总高度为88m，工程整体使用框架-剪力墙结构。根据该工程的建筑功能需求，结合抗侧移刚度的需求，在工程外围、电梯井以及楼梯间设置剪力墙，墙体厚度为300～400mm。楼层混凝土强度等级如表2所示。钢筋参数如表3所示。

2.2 施工结果与讨论

根据上述工程概况，使用本文提出的高烈度地区装配式建筑框架-剪力墙结构抗震设计方法进行施工，以检验该装配式建筑抗震性能是否符合施工的抗震需求。

本次测试在Matlab软件中进行模拟测试，在模拟地震情况下，将对该建筑的楼层位移进行测试，其测试结果如表4所示。

由表4测试结果可以看出，该工程中所测试的每层楼层的位移均小于施工允许最大楼层位移，因此证明高烈度地区装配式建筑框架-剪力墙结构抗震设计具有良好的抗震性能。

3 结束语

通过本文深入了解高烈度地区装配式建筑框架-剪力墙结构的抗震性能和设计方法。研究结果表明，这种结构在地震作用下的表现优于传统结构，具有较高的抗震性能和稳定性。因此，建议在高烈度地区推广和应用装配式建筑框架-剪力墙结构，以提高建筑的抗震能力。

本研究可为高烈度地区装配式建筑框架-剪力墙结构的抗震设计，提供理论依据和实践指导。通过采用合理的计算和分析方法，可以准确地评估其抗震性能。针对高烈度地区的地震特点，可采取有效措施进行优化设计，应用多种措施来增强建筑的抗震性能。例如，可通过合理安排结构布局，使建筑物的质量中心与刚度中心相一致，以减少地震作用下的扭转效应。此外，还可采用具有优良耗能性能的剪力墙结构，来缓解地震冲击对建筑物的影响。

参考文献

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