预制混凝土内嵌外围护墙研究（二）

时间：2020-09-17 15:08:02 来源： CABR建筑工业化周剑

上一期文章《预制混凝土内嵌外围护墙研究（一）》从构件层面，研究了内嵌式围护墙对构件的承载力、刚度和破坏模式等的影响，给出了构件设计建议。本期为预制混凝土内嵌外围护墙研究的第二篇，介绍预制内嵌外围护墙对整体结构性能的影响研究及设计方法建议。

01 研究内容

本项目的目的除了研究内嵌外围护墙对结构抗震性能的影响外，还从实用性出发，提出内嵌外围护墙的结构设计策略。为此，在上一期介绍的构件试验研究及有限元分析的基础上，对不同烈度、高度和外围护墙分布情况的整体结构进行了大量弹性及弹塑性计算分析。通过计算分析，研究了内嵌外围护墙对结构局部构件和结构整体抗震性能的影响。最后根据计算分析结果，并结合上一期构件研究成果，提出设计建议，总结设计方法，形成设计指南。

02 计算分析方案

选取7/8度区典型的高层剪力墙住宅项目，进行整体结构计算分析，模型信息见表2.1。
表2.1 整体结构计算分析模型信息

图2.1 计算分析流程

典型项目计算模型如图2.2所示。在ETABS和SAUSAGE模型中，围护墙、拼缝均按照真实的构造进行模拟。

图2.2 典型项目计算模型

03 弹性分析

弹性计算的结构周期及振型见表3.1，表中“不含墙”指模型中不包含非承重外围护墙，“含墙”指模型中包含非承重外围护墙，“优化”指模型中包含优化构造的非承重外围护墙，下同。

表3.1 典型项目结构周期（s）及振型

结构层间位移角曲线如图3.1所示。

图3.1 典型项目结构层间位移角

04 弹塑性分析

罕遇地震下层间位移角曲线如图4.1所示。

图4.1 罕遇地震作用下层间位移角对比

罕遇地震作用下结构层剪力如图4.2所示。

图4.2 罕遇地震作用下层剪力对比

罕遇地震作用下结构整体破坏情况如图4.3所示。

图4.3 罕遇地震作用下结构整体破坏情况

罕遇地震作用下围护墙及相邻部位破坏情况如图4.4所示，从左至右依次为含墙模型、不含墙模型和优化模型结果。

图4.4 罕遇地震作用下局部混凝土受压损伤

05 结论及建议

5.1、结论

1）与不含墙模型相比，含墙模型中围护墙对主体结构刚度贡献显著，且由于X向围护墙数量一般较多，南、北侧布置一般不均匀，Y向围护墙数量很少，且一般对称布置，导致：以X向平动为主振型的扭转分量增加，周期减小为0.50~0.82倍；Y向平动振型一般不变，周期减小为0.75~0.96倍。

2）对弹性分析，与不含围护墙模型对比，层间位移角整体减小，其中X向在围护墙起始层存在位移角突变现象；地震层剪力整体增大，其中X向增大较多，而Y向增大相对较少；含墙模型围护墙下一层与起始层的侧向刚度比可能不满足结构薄弱层验算要求。

3）对典型项目，按传统周期折减法进行结构弹性计算和配筋，加入围护墙后进行弹塑性时程分析，得到含墙模型在罕遇地震作用下的最大层间位移角为1/304~1/170，均满足规范限值要求；对相同地震波，与不含墙模型相比，含墙模型和优化模型层间位移角均减小，其中含墙模型减小更明显；含墙模型和优化模型的地震剪力一般均增大，其中含墙模型增大更明显。

4）从含墙模型整体来看：罕遇地震作用下部分连梁、围护墙发生重度及严重损坏；结构底部一些墙肢由于本身较薄弱或刚度过大发生中度及重度损坏，含墙模型中对应部位损伤尚有所增加。

5）从围护墙对结构构件破坏的影响来看：窗下墙、窗间墙主要与连梁共同受力破坏，其中受窗间墙影响，连梁由单跨变为两跨受力，破坏集中于洞口范围内；窗侧墙、结构洞墙主要与墙肢共同受力，其中结构洞墙相邻墙肢损坏严重，使围护墙起始层成为结构薄弱部位；采用优化构造后，连梁和窗下墙、窗间墙独立受力，窗侧墙、结构洞墙与墙肢独立受力，避免了围护墙的不利影响，破坏模式接近于不含墙模型。

5.2、建议

1）外围护墙在结构平面中宜均匀对称布置，避免不对称布置造成结构扭转反应加大，同时不宜采用结构洞形式的内嵌外围护墙。

2）应采取填充聚苯或设置空腔等措施减小内嵌式外围护墙的自重及刚度，且在其与主体结构构件之间宜采取有效的隔离措施，如设置隔离聚苯板条，以减小不利影响。

3）应参考《高规》相关规定对围护墙下层与起始层的侧向刚度比进行验算，当不满足要求时应调整结构布置使其满足要求或对围护墙下层对应于地震作用标准值的剪力乘以1.25的增大系数。

4）当围护墙从二层及以上开始布置时，围护墙下一层及起始层与围护墙相连的结构构件应进行设计加强处理。

5）当围护墙与主体结构之间采取有效隔离措施时，可按不包含围护墙的模型计算整体指标和构件配筋，周期折减系数取0.7~0.9。

6）当围护墙与主体结构之间未采取有效隔离措施时，建议根据工程情况，在弹性分析的基础上建立包含围护墙的准确模型，补充进行罕遇地震作用下的弹塑性分析，同时应针对不同形式的围护墙及相邻结构构件采取配筋加强措施。

06 设计方法

对于采用内嵌式夹心保温外围护墙的工程，根据构件试验研究、构件有限元分析及整体结构计算分析的结论，其可应用于工程中；但是应在结构设计过程考虑其影响，不能简单地视同为砌体围护墙。

研究团队根据以上研究结果，总结并编制了设计指南。其中，对内嵌式预制外围护墙的适用范围、构件布置、构件形式均提出了要求；并对不同烈度区、不同高度的结构中，应用内嵌式预制外围护墙时，结构的整体计算分析要求提出了建议，包括弹性简化分析方法和弹塑性精细分析方法、分析参数取值等；对内嵌式外围护墙部位构件及连接节点的构造及配筋加强措施也提出了相应要求，避免结构的局部破坏。

希望通过以上研究工作，可促进预制混凝土夹心保温内嵌外围护墙的应用，保证装配式建筑结构的安全性。

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