EPS模塊保溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初探

趙 寰

(方略建筑設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，北京 100142)

EPS模塊保溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初探

趙 寰

(方略建筑設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，北京 100142)

EPS模塊保溫系統(tǒng)需要在剪力墻結(jié)構(gòu)原來(lái)用砌塊砌筑的部分采用現(xiàn)澆混凝土墻結(jié)構(gòu)，采用等效剛度法結(jié)合PKPM軟件分析，初步探討了這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及計(jì)算方法，論證了這部分結(jié)構(gòu)不能僅當(dāng)作荷載輸入，還應(yīng)在PKPM結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件中按照墻上開(kāi)洞的方法計(jì)算。

綠色建筑，剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震

京津冀地區(qū)作為環(huán)境污染尤其是空氣污染較為嚴(yán)重的地區(qū)，治理污染保護(hù)環(huán)境的形式嚴(yán)峻。據(jù)統(tǒng)計(jì),全球能量的50%消耗于建筑的建造和使用過(guò)程。加強(qiáng)建筑的保溫設(shè)計(jì)，可以有效的減少建筑耗能。2015年7月1日河北省住房和城鄉(xiāng)建筑廳發(fā)布了居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)批準(zhǔn)了EPS模塊現(xiàn)澆混凝土剪力墻保溫系統(tǒng)。筆者進(jìn)行這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)需要在原來(lái)使用砌塊砌筑的部分使用現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻，這種墻為構(gòu)造作用，可以設(shè)計(jì)的較薄。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，即便是較薄的混凝土墻對(duì)結(jié)構(gòu)的整體剛度仍然有較大影響。不能像對(duì)待砌體結(jié)構(gòu)一樣，把這部分結(jié)構(gòu)僅當(dāng)作荷載輸入。應(yīng)該把這部分按墻體輸入，并在PKPM結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件中按照墻上開(kāi)洞的方法計(jì)算。

1 墻體的側(cè)向剛度等效

本文采用的墻體側(cè)向剛度是指使墻體頂端產(chǎn)生單位側(cè)移而需在頂端施加的水平力。

1.1砌體結(jié)構(gòu)剛度計(jì)算

如圖1所示,δb為彎曲變形，δs為剪切變形。

δ=δb+δs=h3/12EI+1.2h/0.4AE。

K1=1/δ=E1t1/(h/b)[(h/b)2+3]。

1.2剪力墻結(jié)構(gòu)剛度計(jì)算

如圖2所示,δb為彎曲變形，δs為剪切變形。

δ=δb+δs=h3/3EI+1.2h/0.4AE。

K2=1/δ=E2t2/(h/b)[4(h/b)2+3]。

1.3剛度等效

令K1=K2,即：E1t1/(h/b)[(h/b)2+3]=E2t2/(h/b)[4(h/b)2+3]。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》7.2.3條，不考慮洞口影響。

1

t2/t1=E1/E2×[4(h/b)2+3]/[(h/b)2+3]≈E1/E2×3。

取C20混凝土E2=25 500 MPa，取輕骨料混凝土砌塊砌體。Mb=7.5，MU=10。E1=4 000，t2/t1=0.47,即200厚砌塊墻體取90厚混凝土墻體，剛度是等效的。

本模型沒(méi)考慮砌體墻開(kāi)裂的影響，因?yàn)榛炷翗?gòu)造墻剛度較小也可能開(kāi)裂。

2 計(jì)算分析

分析采用PKPM軟件。

模型1采用90厚混凝土構(gòu)造墻，模型2采用200厚砌塊墻，周期折減系數(shù)0.8。

2.1剛度比較

模型1(剪切剛度):RJX1=5.168 9E+07 kN/m，RJY1=5.769 7E+07 kN/m。

模型2:RJX1=5.022 2E+07 kN/m，RJY1=5.603 3E+07 kN/m。

標(biāo)準(zhǔn)層總剛度較為接近，表明等效可行。

2.2周期比較

模型1:第一平動(dòng)周期：0.622 2，第二平動(dòng)周期：0.548 6。

第一扭轉(zhuǎn)周期：0.444 3。

模型2:第一平動(dòng)周期：0.726 5，第二平動(dòng)周期：0.643 1。

第一扭轉(zhuǎn)周期：0.545 6。

等效模型周期變短，普遍減少0.1 s。改變周期折減系數(shù)對(duì)周期值沒(méi)有影響。即軟件計(jì)算周期時(shí)沒(méi)有考慮砌體結(jié)構(gòu)剛度。但是改變周期折減系數(shù)地震作用力增大了。

2.3位移比較

模型1:X方向地震作用下的最大層間位移角:1/1 659。

Y方向地震作用下的最大層間位移角:1/2 640。

X方向最大位移與層平均位移的比值:1.03。

Y方向最大位移與層平均位移的比值:1.08。

模型2:X方向地震作用下的最大層間位移角:1/1 721。

Y方向地震作用下的最大層間位移角:1/1 874。

X方向最大位移與層平均位移的比值:1.05。

Y方向最大位移與層平均位移的比值:1.02。

位移相差較大，改變周期折減系數(shù)影響不大。之所以出現(xiàn)這種情況，筆者認(rèn)為主要有兩個(gè)原因:1)現(xiàn)行規(guī)范對(duì)填充墻大部分情況只考慮重量而不計(jì)算其剛度，將計(jì)算所得框架房屋的基本周期采用調(diào)整系數(shù)予以降低，由計(jì)算之地震荷載全部分配給所有框架，而不考慮填充墻本身承受地震荷載的能力。實(shí)際上為了防止填充墻在地震時(shí)倒塌，現(xiàn)行規(guī)范用加拉接筋、圈梁、構(gòu)造柱等方法加強(qiáng)了其與整體的連接和其自身的強(qiáng)度。本文未考慮質(zhì)量的變化，也是因?yàn)榭稍谥芷谡蹨p系數(shù)體現(xiàn)這種影響。2)在PKPM軟件中連梁按洞口輸入和按梁輸入對(duì)計(jì)算結(jié)果有影響。

綜上所述，EPS模塊現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)應(yīng)該把構(gòu)造混凝土墻按實(shí)際情況輸入，在PKPM結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件中采用墻上開(kāi)洞的方法計(jì)算。本文通過(guò)初步分析證實(shí)PS模塊現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)是一種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)從規(guī)范的角度并結(jié)合結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步分析。

3 結(jié)語(yǔ)

本文從基本結(jié)構(gòu)概念的角度并結(jié)合PKPM軟件的實(shí)際情況對(duì)EPS模塊現(xiàn)澆混凝土剪力墻保溫系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行了初步分析并提出了計(jì)算方法。筆者認(rèn)為該系統(tǒng)雖然滿足了節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，但是由于部分部位用鋼筋混凝土代替了砌體結(jié)構(gòu)，在建筑材料生產(chǎn)中造成了更大的資源消耗，綠色建筑的要求是針對(duì)建筑全生命周期的，所以該體系仍存在改進(jìn)的余地。比如對(duì)原建筑砌塊部分采用預(yù)制隔墻等方法。其實(shí)相關(guān)廠家有相應(yīng)產(chǎn)品，但是存在應(yīng)用在特定部分例如廚房衛(wèi)生間剛度不足和不滿足防火要求等缺點(diǎn)。從更為基本的方面考慮之所以出現(xiàn)這些問(wèn)題，主要是因?yàn)楝F(xiàn)行抗震概念還是以抗為主，剪力墻結(jié)構(gòu)就是這種觀念的代表，造成了較大的資源消耗，而以減震耗能為主，主要采用鋼結(jié)構(gòu)、預(yù)制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系更符合未來(lái)綠色建筑的要求。

[1] GB 50003—2011,砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 楊春俠,侯曉輝.框架填充墻結(jié)構(gòu)剛度計(jì)算模型比較[J].福建建材，2011(1)：40-41.

[4] 郝艷娥,蘭永強(qiáng).砌體結(jié)構(gòu)中墻體側(cè)移剛度的計(jì)算及規(guī)范應(yīng)用[J].江西建材，2014(13)：37.

InitialconstructiondesignofEPSmodulethermalinsulationsystem

ZhaoHuan

(FanglveArchitectureStudio,Beijing100142,China)

When we use EPS module thermal insulation system, concrete wall are substituted for block wall. Has touched on feature of this construction and method of calculate by equivalent stiffness method and PKPM, and discover it can’t be input as load, it should use the method of hole-in-the-wall to calculate by PKPM.

green building, shear wall structure, earthquake resistant

TU318

A

1009-6825(2017)27-0040-02

2017-07-17

趙 寰(1977- )，男，工程師