玻化微珠砂漿與傳統砂漿地震反應對比分析

田昱峰

(山西省建筑設計研究院，山西太原 030013)

玻化微珠保溫砂漿以其產品粘結性能好，吸水率低，防開裂能力強，強度高，具有優異的保溫隔熱性能，防火，防老化，不易空鼓開裂，可直接施工于干狀墻體上，施工性能優越，工序簡單，可大大提高施工效率等巨大優勢，越來越多的被應用于高層建筑。

當高層建筑結構采用新型玻化微珠保溫砂漿作為樓面或墻面的面層后，建設單位或房地產開發商，或者設計人員，首先提出的是這種新型面層會對結構的承載能力及抗震性能產生多大的影響等問題。本論文則主要針對這一問題，對采用玻化微珠保溫砂漿作為樓面或墻面的面層后的高層建筑進行抗震計算分析，與采用傳統面層做法的高層建筑相比，對新型材料對于結構的自重、周期，地震作用下的層位移、層間位移角，基底剪力、各層地震剪力及基底傾覆力矩能產生多大的影響進行量化計算分析，從而為能夠在高層建筑結構中廣泛運用玻化微珠材料，為實現“城市窯洞”設想提供一些基本技術依據。

1 工程實例概況

本文以太原市帝景華府1號高層住宅樓為例。太原市帝景華府1號高層住宅位于太原市平陽路以西，太原內燃機廠以南。地下2層，地上26層～30層，結構形式為現澆鋼筋混凝土剪力墻結構。建筑物總高度為90.45 m。采用CFG樁處理地基，基礎形式為筏片基礎。地下2層為六級人防。本工程抗震設防類別為丙類，結構安全等級為二級，抗震等級為一級剪力墻;抗震設防烈度8度。設計基本地震加速度為0.20g，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅲ級，地基基礎設計等級為乙級。地下工程防水等級為二級。建筑物設計使用年限為50年。修正后的基本風壓0.40 kN/m2，地面粗糙程度B類。

結構平面示意圖見圖1。

圖1 結構平面示意圖

2 結構抗震計算對比分析

2.1 結構實體質量及自振周期對比分析

新型玻化微珠保溫砂漿容重為280 kg/m3，而傳統水泥混合抹灰砂漿容重2 400 kg/m3，如用新型玻化微珠保溫砂漿替代傳統水泥混合抹灰砂漿，所用材料每立方米可降低重量2 120 kg，面層質量可減少到傳統做法的12%左右。經對以太原市帝景華府1號樓為例分別采用玻化微珠保溫砂漿面層與采用傳統砂漿面層的樓面荷載及墻面荷載進行的對比計算可知，傳統砂漿面層做法的結構質量為48 575.125 t，而改用玻化微珠保溫砂漿面層后的結構質量僅為41 429.398 t，總質量可減輕14.7%，對建筑結構來說，自重較大幅度的減小將對建筑物地震響應產生重大的影響。

從計算得到的結構自振周期上看，相對于傳統砂漿面層做法，玻化微珠保溫砂漿面層的使用，能較明顯降低結構的自振周期:前三個主要周期中第一個主震周期降低了7.6%左右，第二個主震周期降低了7.1%，第三個主震周期降低了8.2%。自振周期的下降意味著結構所吸收的地震作用有所減小。

2.2 結構各層地震作用力

圖2，圖3分別給出了兩種不同面層做法在CQC地震耦聯作用下X方向(結構縱向)及Y方向(結構橫向)樓層地震剪力及彎矩對比曲線。通過對比，采用玻化微珠保溫砂漿面層的結構的樓層地震反應指標均小于采用傳統砂漿面層做法的結構，前者為后者的85%～90%。

圖2 兩種面層做法下樓層X方向地震剪力及彎矩對比圖

圖3 兩種面層做法下樓層Y方向地震剪力及彎矩對比圖

2.3 結構抗傾覆驗算

表1給出了采用傳統砂漿面層做法及采用玻化微珠保溫砂漿面層結構抗傾覆驗算結果。對于X向地震傾覆彎矩傳統做法為954 516.3 kN·m，保溫砂漿做法為850 255.7 kN·m，降低了11%左右，而Y向地震傾覆彎矩傳統做法為1 138 702 kN·m，保溫砂漿做法為1 014 508.8 kN·m，降低了11%左右。由上可以得出以下結論:采用玻化微珠保溫砂漿面層相比于采用傳統砂漿面層，結構地震影響有較明顯的降低。

表1 結構抗傾覆驗算結果對比

2.4 結構各工況位移

圖4分別給出了X向及Y向樓層層間位移角曲線對比結果。由圖4結果可知，傳統做法X方向最大值層間位移角為1/1 014，玻化微珠做法X方向最大值層間位移角為1/1 127，最大位移相差11.1%。在相同參數，相同剪力墻布置的情況下得到的數據，因為按照《建筑高層技術規程》來說，對于高層剪力墻結構，位移需滿足小于1/1 000，如果按照PKPM計算模型來說，玻化微珠模型剪力墻剛度就顯得有些大，所以對于這個模型，剪力墻就可以進行適當的調整，相應可以減少建筑物剛度，從而達到減少剪力墻數量的目的，這能減少很多的混凝土和鋼筋的用量。

圖4 采用傳統砂漿面層及玻化微珠保溫砂漿面層X向及Y向結構最大樓層位移曲線

3 結語

本文對采用兩種不同砂漿面層的高層建筑結構的荷載計算及地震響應分析，可得到以下結論:1)相比采用傳統砂漿面層，采用玻化微珠保溫砂漿面層的高層建筑結構，自重可減輕14.7%，結構自振周期可下降8%。2)相比采用傳統砂漿面層，采用玻化微珠保溫砂漿面層的高層建筑結構，通過采用振型反應分解反應譜法及彈性地震時程分析法計算，結構的最大基底剪力、層最大地震剪力、結構傾覆力矩、結構各層最大位移及層間位移角均有明顯降低，降幅在10%～15%之間。3)高層建筑結構采用玻化微珠保溫砂漿面層后，可明顯減輕樓房自重，減小基底壓力，降低結構自振周期，減小結構地震作用，提高結構抗震性能，節約建設成本。4)本文僅對結構進行了彈性階段的地震響應分析，將來還需要進行彈塑性階段的地震響應分析。

［1］ GB 50011-2010，建筑抗震設計規范［S］.

［2］ JGJ 3-2002，高層建筑混凝土結構技術規程［S］.

［3］ GB 50009-2001，建筑結構荷載規范［S］.