箱型現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋地震作用分析

李德朋

摘 要：現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋是相對(duì)于普通樓蓋結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)的，它是一種在樓板中布置一定數(shù)量的箱體、塊體來(lái)代替部分混凝土而做成的無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)，空心樓蓋結(jié)構(gòu)在室內(nèi)沒(méi)有凸出底板的主次梁。文章首先建立這兩者結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)模型數(shù)據(jù)分許，來(lái)比較這兩種結(jié)構(gòu)在水平地震力作用下結(jié)構(gòu)層間的位移和梁柱的內(nèi)力及在水平地震力作用下振型周期、主振型特征。分析結(jié)果表明，在同等水平地震作用下，普通樓蓋的變形、層間位移較小，但兩種結(jié)構(gòu)梁柱的內(nèi)力無(wú)明顯區(qū)別；普通樓蓋的整體剛度較空心樓蓋大，而振型周期較小。

關(guān)鍵詞：薄壁箱型現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋；模態(tài)分析；反應(yīng)譜分析

中圖分類號(hào)：TU375.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）11-0164-02

現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋是相對(duì)于普通樓蓋結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)的，它是一種在樓板中布置一定數(shù)量的箱體、塊體來(lái)代替部分混凝土而做成的無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)[1]，它的特點(diǎn)是自重小；沒(méi)有凸出底板的主次梁節(jié)約建筑高度、結(jié)構(gòu)整體剛度小；結(jié)構(gòu)的地震作用力相對(duì)較小；空心板具有保溫隔熱等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于現(xiàn)在要求的大柱網(wǎng)、大開(kāi)間的商業(yè)、辦公建筑中。近幾年在國(guó)家逐步的推廣下，相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)逐步實(shí)施，帶動(dòng)了空心結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用。文章首先建立兩種樓蓋結(jié)構(gòu)：梁板式樓蓋模型和空心樓蓋模型，采用SAP2000有限元結(jié)構(gòu)分析軟件[2]，來(lái)比較這兩種結(jié)構(gòu)在水平地震力作用下結(jié)構(gòu)層間的位移和梁柱的內(nèi)力（彎矩）及在水平地震力作用下前六階振型周期、主振型特征（前三振型）等。

1 模態(tài)分析

1.1 模型數(shù)據(jù)

首先建立結(jié)構(gòu)模型的坐標(biāo)系：采用三維坐標(biāo)系，X軸、Y軸、Z軸分別對(duì)應(yīng)模型橫向、模型縱向和豎直方向。根據(jù)重力荷載代表值相等的原則建立兩種結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)如下：兩種不同模型層高均為3.6 m，七層模型，總高度25.2 m，無(wú)地下室；結(jié)構(gòu)橫向邊跨跨度為9 m，橫向中間跨的跨度為2.7 m，結(jié)構(gòu)縱向跨度均為 9 m；柱子截面尺寸上下一致，均為600高，600寬，兩種結(jié)構(gòu)四周均設(shè)邊梁，截面尺寸統(tǒng)一為400寬，700高；空心樓蓋結(jié)構(gòu)中間梁截面尺寸為寬600 mm，高350 mm，上下板厚各為50 mm，板間肋梁截面尺寸為150 mm×350 mm，樓蓋總厚度為350 mm；普通樓蓋結(jié)構(gòu)中間主梁截面尺寸為寬400 mm，高700 mm，次梁的截面尺寸寬為300 mm，高600 mm，板的厚度為120 mm。

1.2 模態(tài)分析結(jié)果

兩種模型的前6階振型周期，見(jiàn)表1。

對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出：

①自振周期。對(duì)比前6階振型自振周期特點(diǎn)可以看出，空心樓蓋結(jié)構(gòu)的振型周期與普通樓蓋結(jié)構(gòu)的比值分別是1.11倍、1.1倍、1.04倍、1.11倍、1.14倍、1.05倍，差別較大的振型周期分別是第二和第五振型。

②振型特性。對(duì)比模型的前三階振型特性，空心樓蓋結(jié)構(gòu)第一振型是平動(dòng)振型（Y方向），因?yàn)槟Ｐ唾|(zhì)量參與系數(shù)Ux+Uy >Rz，且Uy>Ux；第二振型為平動(dòng)振型（X方向），因?yàn)槟Ｐ唾|(zhì)量參與系數(shù)Ux+Uy>Rz，且Ux>Uy；第三振型為扭轉(zhuǎn)振型（繞Z軸），因?yàn)槟Ｐ唾|(zhì)量參與系數(shù)Rz>Ux+Uy。同理，可以看出普通樓蓋結(jié)構(gòu)前三階振型的振型特性與空心樓蓋模型相同，即第一振型是平動(dòng)振型（Y方向），第二振型為平動(dòng)振型（X方向），第三振型為扭轉(zhuǎn)振型（繞Z軸）。說(shuō)明兩種樓蓋結(jié)構(gòu)的振型特性具有一致性。

2 反應(yīng)譜分析

2.1 地震參數(shù)與荷載

①地震作用參數(shù)。取鄭州本地的抗震設(shè)防參數(shù)，7度（0.15 g）；第二組；Ⅱ類場(chǎng)地；特征周期設(shè)定為Tg=0.40 s。

②荷載取值[3]。兩種結(jié)構(gòu)主要房間樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值按規(guī)范取2.0 kN/m2（一般樓面荷載）；結(jié)構(gòu)本身的梁板柱自重均考慮在內(nèi)，以及在主梁上加砌塊填充墻的荷載，其重度取5.5 kN/m3；，走廊過(guò)道以及樓梯間活荷載標(biāo)準(zhǔn)值按規(guī)范取3.5 kN/m2 ；風(fēng)荷載及豎向地震作用的影響本文暫不考慮。

2.2 模型層間的位移及層間剪力

2.2.1 模型層間的位移

普通結(jié)構(gòu)、空心結(jié)構(gòu)1～7層的層間位移角分別如下：6.1、9.2、8.9、8.3、6.1、5.3、3.9；7.1、11.3、10.5、9.9、8.1、6.3、4.2（單位：10-4）。

對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，兩種樓蓋模型在地震作用下的各個(gè)樓層的層間位移角的變化規(guī)律基本相同，樓層最大的層間位移出現(xiàn)的位置相同，都在第二層，層間位移角從二層開(kāi)始變小；但從數(shù)值上看空心樓蓋結(jié)構(gòu)的位移較大，這說(shuō)明兩種結(jié)構(gòu)的剛度相比，普通樓蓋的大。原因是空心樓蓋用空心厚板代替了梁，空心板內(nèi)存在大量的空格，板內(nèi)部只有肋梁，造成空心板的空間剛度較小，進(jìn)而使整個(gè)空心結(jié)構(gòu)的剛度變小。

2.2.2 結(jié)構(gòu)層間剪力

普通結(jié)構(gòu)、空心結(jié)構(gòu)1～7層的層間剪力分別如下：2 107、 1 980、1 850、1 647、1 480、1 230、610；2 150、1 945、1 801、1 621、 1 498、1 310、645（單位：kN）。

對(duì)比數(shù)據(jù)看出，兩種樓蓋模型層間剪力基本相同，且變化規(guī)律都是逐層減小，底層的層間剪力最大，而頂層的層間剪力最小。

2.3 地震作用內(nèi)力

結(jié)構(gòu)的內(nèi)力主要包括彎矩、剪力和軸力，但在此只取彎矩進(jìn)行分析。

2.3.1 框架柱彎矩

普通結(jié)構(gòu)、空心結(jié)構(gòu)1～7層的柱彎矩分別如下：244、128、118、111、105、95、52；248、110、98、87、80、65、49（單位：kN·m）。

2.3.2 結(jié)構(gòu)框架梁的彎矩

普通結(jié)構(gòu)、空心結(jié)構(gòu)1～7層的梁彎矩分別如下：45、50、51、49、45、40、37；93、97、85、79、65、42、30（單位：kN·m）。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，在水平地震力作用下兩者的彎矩值不相同，值相差較大，可以看出兩結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分配規(guī)律不完全相同，但在地震作用下其總體表現(xiàn)規(guī)律具有一致性，就是結(jié)構(gòu)內(nèi)跨梁柱的內(nèi)力（彎矩）比結(jié)構(gòu)邊跨梁柱內(nèi)力（彎矩）大。

3 結(jié) 語(yǔ)

①兩種樓蓋結(jié)構(gòu)的不同對(duì)結(jié)構(gòu)的振型特性無(wú)明顯的影響，即第一振型、第二振型均為平動(dòng)振型，第三振型為扭轉(zhuǎn)振型。但空心板內(nèi)存在大量的空格，板內(nèi)部只有肋梁，使普通樓蓋結(jié)構(gòu)的整體剛度比空心樓蓋的剛度大，在同等的水平地震力作用下，空心樓蓋結(jié)構(gòu)的變形、層間位移與普通樓蓋相比都較大，這就要求高層空心樓蓋設(shè)計(jì)時(shí)，空心樓蓋的抗側(cè)剛度要提高。

②在水平地震力作用下兩者的彎矩值不相同，值相差較大，可以看出兩結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分配規(guī)律不完全相同，但在地震作用下其總體表現(xiàn)規(guī)律具有一致性，就是結(jié)構(gòu)內(nèi)跨梁柱的內(nèi)力（彎矩）比結(jié)構(gòu)邊跨梁柱內(nèi)力（彎矩）大。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王本淼，鄒銀生，朱清平.薄壁箱體現(xiàn)澆混凝土空腹板用薄壁箱體[P].中國(guó)專利，ZL022822070，2003.

[2] 北京金土木軟件技術(shù)有限公司.SAP2000中文版使用指南[M].北京：人民交通出版社，2006.

[3] GB 50009-2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].