预制结构抗震体系研究（PRESSS）介绍及其发展

说起小六与土木的孽缘，恐怕要回到蒙昧无知的孩提时代……


用积木搭出人生中第一座小房子的小六怎么也不会想到，20年后，小房子变成了大房子，积木变成了钢筋混凝土，搭接变成了浇筑。





而他则在天天思考如何让这钢筋混凝土的大房子建得更快更好。





搭积木一般的装配式结构体系无疑敲开了快速建造高性能建筑的大门。《建筑产业现代化发展纲要》中提出，2025年要实现装配式建筑占新建建筑比例50%以上！


在小六投身装配式建筑之前，不妨先来听听Dr. Wang对国外研究预制结构体系的总结吧。


预制结构抗震体系研究（PRESSS）介绍及其发展


PREcast Seismic Structural System （PRESSS）是上世纪90年代由著名的地震工程学者Nigel Priestley领导的关于预制结构抗震性能评估与设计的研究计划。提起Prof. Priestley，大家并不陌生，其广博而精湛的地震工程研究给后人提供了众多的参考。Prof. Priestley曾于1987年-2000年间任教于University of California, San Diego，但后来还是回到了自己求学并最早工作的新西兰University of Canterbury，并于2014年离世。为缅怀自第15届世界地震工程大会（15WCEE，2012）召开以来去世的三位著名地震工程学者Vitelmo Bertero, Ray Clough和Nigel Priestley，在2017年1月智利即将召开的16WCEE上将特意为他们举办纪念活动。





今天，我们将从以下几个方面对PRESSS进行解读：


1.PRESSS简介


2.PRESSS的典型节点构造


3.PRESSS在中、高层结构中的应用


4.PRESSS结构在地震中的表现


1.PRESSS简介


PRESSS是美日研究者针对预制钢筋混凝土结构抗震性能的合作研究。当时之所以要启动这个研究计划，主要是因为研究者们认为预制装配式结构是未来发展的方向之一，但是相关的研究并不广泛，在高烈度地区缺乏先进高效的预制结构体系。PRESSS计划主要研究不同烈度地区预制结构的抗震性能和设计方法，同时寻找和发展新的预制结构设计概念、技术和建造材料。

预制结构的设计主要分为两类：strong connection和ductile connection。前者是常见的“强节点”设计方法，保证了预制节点完好，其设计方法可等同于常规的结构设计。而ductile connection则是PRESSS计划的研究内容。整个研究计划分为三个阶段，内容涉及概念设计、试验研究、数值方法和设计方法，高校是研究主体，而工业界也起到了至关重要的作用（后来Priestley曾说，PRESSS之所以能够成功，工业界的资金支持和建议不可或缺）。

2.PRESSS的典型节点构造

PRESSS计划针对结构构件提出了多种装配形式，其中采用后张预应力连接可以实现构件的自复位能力，通过交接面处预设缝隙的张合减少构件的损伤。该技术通常与耗能构件相结合，形成“混合体系”（Hybrid system），滞回曲线最终表现为旗帜型（Flag-shape）。PRESSS计划最终采用该技术完成了一5层大型RC剪力墙结构的试验。







3.PRESSS在中、高层结构中的应用

位于旧金山的39层Paramount Building是在地震区采用PRESSS技术的最高预制结构（在周边框架采用）。该楼高达128m，曾是旧金山最高的建筑（2002-2008年间）。








惠灵顿维多利亚大学的Alan MacDiarmid Building是新西兰建造的第一个PRESSS混凝土结构。该结构在梁柱节点处和墙体底部设置多种耗能装置，为后张预应力框架-剪力墙结构体系。由于其创新性，Alan MacDiarmid Building获得2009年NZ Concrete Society Supreme Award。





梅西大学惠灵顿校区的新College of Creative Arts building是第一个采用PRESSS技术的木结构与RC剪力墙混合的建筑。



新西兰Christchurch的Forte Health Medical Centre是第一个采用PRESSS技术的钢结构建筑。





4.PRESSS结构在地震中的表现

2011年2月新西兰Christchurch地震中大量传统RC结构遭到严重的破坏，剪力墙结构也未幸免。但是一些采用新型结构体系（Advanced seismic resisting RC systems）的建筑却表现出了预期的良好抗震性能，比如采用隔震技术的Christchurch Women’s Hospital和采用PRESSS技术的Southern Cross Hospital。Southern Cross Hospital位于新西兰南岛，建于2010年，为后张预应力框架-剪力墙结构。在本次地震中，该结构东西方向有明显的瞬时变形，南部的联肢剪力墙顶部交界处有少量混凝土保护层的压碎，计算分析表明该结构在本次地震中的瞬时层间位移角超过2.5%。但是由于采用了PRESSS技术，结构具备自复位能力，震后结构的损伤仅为minor/cosmetic level of damage，整个医疗设施正常运行。