叶 森 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230032）

0 前言

装配式混凝土建筑是指以工厂化生产的混凝土预制构件为主，通过现场装配的方式设计建造的混凝土结构类房屋建筑［1］。目前，我国建筑产业化发展迅速，住宅产业化进程越来越快，稳步发展。装配整体式剪力墙结构体系应用越来越多，而预制内、外墙混凝土板是装配整体式剪力墙结构体系中的最重要的组成部分之一。为了减少现场浇筑混凝土等湿作业施工，进一步提高混凝土墙的预制率，因此，部分预制内、外墙板采取工厂预制成型的方式。部分代替非受力构件的预制墙板，虽然预制墙板中间规则的添加布置了减重块等措施，但是由于预制构件代替了原先砌筑隔墙，此部分变成了钢筋混凝土构件，结构本身的刚度会不同程度的增加，从而导致结构计算时地震力作用变大。在采用常规计算软件整体模型计算时，因无法考虑装配式剪力墙结构中代替原先砌筑隔墙的预制构件刚度，从而造成了软件模型计算的失真，以常规软件方式计算可能会导致结构在地震作用下不安全，因此需要对装配整体式剪力墙结构体系中预制墙板对结构本身的刚度影响进行进一步分析和研究。

1 预制减重块混凝土墙板

填充墙作为剪力墙结构中最主要的非结构构件，对结构的受力性能有着重要的影响。在常规现浇混凝土剪力墙结构中，填充墙一般在主体结构浇筑完成后二次施工，采用的砌体强度较低，因此在地震作用下往往首先发生破坏，并耗散部分地震能量，填充墙退出工作后，对结构的受力性能影响降低。而在预制剪力墙结构中，为方便施工，目前的一种常见做法是将预制剪力墙和填充墙作为一块整板在工厂预制。此时，为了减轻自重，降低填充墙的刚度和强度以减小其对结构受力性能的影响，往往在填充墙内设置厚度约为填充墙厚度一半左右的减重材料（聚乙烯泡沫塑料板等），即预制减重块混凝土墙板。

但是在结构设计过程中，填充墙通常时被作为非结构构件进行设计而忽略了填充墙的刚度、强度等对结构整体性能的影响。美国FEMA-356规范明确规定：对填充墙的计算模型，需要考虑填充墙对结构的强度和刚度贡献，可以采用斜撑杆模型来模拟计算。我国是采用经验公式法来计算基本周期，然后考虑填充墙对整体刚度的影响，对周期进行折减。《装配式混凝土建筑技术标准》中对结构地震作用计算周期折减系数取值有规定：内力和变形计算时，应计入填充墙对结构刚度的影响。当采用轻质墙板填充墙时，为了考虑其对结构刚度的影响，可采用周期折减的方法；对于剪力墙结构，周期折减系数可取0.8～1.0；对于框架结构，周期折减系数可取0.7～0.9。

2 工程实例模型计算结果分析对比

2.1 工程概况

某安置房小区住宅产业化项目，住宅单体楼采用装配整体式剪力墙结构，单体建筑最高层数为30层，住宅部分自构造边缘构件层开始采用装配式结构，预制装配率不低于50%。预制构件种类包含预制叠合板、预制PCF板、预制楼梯、预制空调板、预制板式阳台、预制楼梯隔墙、预制外墙、预制内墙等，预制外墙窗下墙部分及预制内墙采用内部设置减重块的预制混凝土墙。其中某一户型深化平面图如图1所示。

2.2 结构模型计算结果对比

本项目结构模型计算采用盈建科YJK建筑结构设计软件，以其中某一30层单体住宅楼结构计算模型为例，对两种模型计算结果进行对比。对于含有门窗洞口的预制剪力墙板，将窗下墙与两侧的剪力墙作为一个整体共同预制。此时，窗下墙不再是传统意义上的非结构构件，而是作为结构构件参与结构受力。当窗下墙与下层连梁间未通过连接钢筋进行有效连接时，可视为并列布置的“双连梁”。与仅有单根连梁的情况相比，双连梁的刚度和承载力均大幅增加。即使在窗下墙中设置部分减重材料，其对结构受力性能的影响仍不可忽略。因此，模型1采用普通剪力墙结构，荷载按预制墙板等实际重量计算，考虑在同一层内既有现浇混凝土墙板，又有预制混凝土墙板，现浇剪力墙水平地震作用下计算采用的弯矩、剪力宜乘以不小于1.1的增大系数，抗震设计时，全楼统一地震作用放大1.1倍；模型2为模拟预制减重块混凝土墙板刚度，预制外墙非剪力墙部分采用120mm厚剪力墙开洞模型，洞口按门窗实际尺寸，预制内墙非剪力墙部分采用100mm厚剪力墙模型。模型部分计算结果对比如下表所示。

刚度及刚重比计算结果对比 表1

周期比、剪重比及位移角计算结果对比 表2

表1中，RJX1，RJY1表示结构总体坐标系中塔的侧移刚度和扭转刚度(剪切刚度)，RJX3，RJY3表示结构总体坐标系中塔的侧移刚度和扭转刚度(地震剪力与地震层间位移的比)，刚度参数选取其中15层计算结果作为参考。从表中可以看出模型2地震作用下剪切刚度有所增加，侧移刚度、扭转刚度及刚重比相比模型1增加较多。周期比、剪重比及位移角计算结果对比如下表2所示。

从表2中可以看出模型2地震作用下周期比、位移角均相比较小，剪重比相比较大，从而可以进一步得出模型2刚度相比较大的结论。虽120mm厚或100mm厚剪力墙模拟无法反映预制减重块混凝土墙板真实刚度，分析模型与结构的实际受力情况也不尽相同，但可发现预制减重块混凝土墙板对主体结构刚度影响确实很大。

2.3 刚度分析

从上述对比模型计算的结果中可以发现，原先现场砌筑的填充墙改为预制构件后改变了结构本身的受力性能，如果仍然按照填充墙作为非结构构件计算模型计算分析，就不能真实的反映结构本身的受力状态，包括构件其本身的受力特点，即使采用布置了预制减重块的混凝土墙板，其仍然具有较高的强度和刚度。虽然预制外墙窗下墙部分及预制内墙非剪力墙部分规则的布置了减重块，但是此部分代替的钢筋混凝土构件极大的提高了结构本身的刚度，在模型计算分析时，结构整体刚度的增加导致了结构地震作用加大。在装配式剪力墙结构地震作用计算分析时，因无法考虑这部分新增加的刚度，从而造成了软件模型模拟计算的失真，这样就可能会导致结构在地震作用下产生不安全的因素。因此，装配整体式剪力墙结构体系在结构设计时，应考虑局部预制减重块混凝土墙对结构刚度计算的影响，需要对其刚度影响的量化进行进一步分析研究。

4 结论

随着国家对住宅产业化的不断推广和发展，在装配整体式剪力墙结构中，往往将门窗洞口与剪力墙作为一个整体预制，即将窗下墙与两侧的剪力墙作为一个整体共同预制，从而进一步提高构件预制率和施工效率；另外，为了提高建筑整体预制率等，建筑内部普通隔墙也会做一部分预制内墙板。这些预制混凝土墙板极大的提高了结构整体的刚度，从而导致结构地震作用加大，若设计时不考虑局部预制减重块混凝土墙对结构整体刚度的影响，那么计算模型与实际结构的受力情况并不相符，这样结构在地震作用下可能会产生不一样的破坏模式。因此，装配整体式混凝土剪力墙结构局部预制减重块混凝土墙对结构整体刚度的影响较大，不能忽略，装配整体式剪力墙结构体系在实际应用中需要合理的理论分析，以及反复的试验研究，预制减重块混凝土墙对主体结构刚度等抗震性能的影响需要进一步分析研究。