石膏砌塊填充墻框架結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用研究

付 建，謝冰瑩

(1.攀枝花學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院，四川 攀枝花 617000；2.四川省工業(yè)固態(tài)廢棄物土木工程綜合開發(fā)利用重點實驗室，四川 攀枝花 617000)

0 前 言

從20世紀(jì)70年代末開始，我國便開始研制和開發(fā)石膏砌塊，到20世紀(jì)80年代，研制出集裝箱式結(jié)構(gòu)的石膏砌塊機組，開啟了批量化生產(chǎn)石膏砌塊的進程[1][2]。目前國內(nèi)石膏砌塊的基本規(guī)格為666 mm×500 mm[2]，針對石膏砌塊本身的物理及力學(xué)性能的研究成果相對成熟且完整[3-4],為石膏砌塊的工程應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。石膏作為無機膠凝材料，在裝飾裝修領(lǐng)域及建筑輔助材料領(lǐng)域已有較為廣泛的應(yīng)用。由于石膏砌塊在耐水性及強度方面的劣勢，石膏砌塊作為新型墻體材料，在工程領(lǐng)域的應(yīng)用范圍相對局限，通常作為工程項目的內(nèi)隔墻，且不接觸水的區(qū)域，作為工程項目二次改造的輕質(zhì)隔墻來使用。針對石膏砌塊的施工工藝及應(yīng)用研究等方面，國內(nèi)學(xué)者已有廣泛研究，研究成果相對成熟，加速推進了石膏砌塊的廣泛應(yīng)用[5-6],為規(guī)范石膏砌塊砌體的設(shè)計、施工和驗收，國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2010年4月，發(fā)布了《石膏砌塊砌體技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T201—2010)，進一步規(guī)范和提高了石膏砌塊砌體的施工質(zhì)量[7]。

1 理論研究

1.1 研究思路

本文主要依托具體多層框架結(jié)構(gòu)工程項目為研究對象，以石膏砌塊和燒結(jié)空心砌塊為多層框架結(jié)構(gòu)填充墻，分別采用SATWE三維組合結(jié)構(gòu)有限元軟件，進行結(jié)構(gòu)抗震性能分析、整體受力分析和經(jīng)濟性分析。

1.2 技術(shù)路線

本項目擬采用理論研究與具體工程實踐項目應(yīng)用研究相結(jié)合的方式開展研究工作，本項目采用的主要技術(shù)路線如下：①文獻檢索，查閱相關(guān)研究成果；②結(jié)合研究思路，選擇合理的工程實踐項目作為本項目研究依托；③采用SATWE三維組合結(jié)構(gòu)有限元軟件，針對兩種墻體材料，進行結(jié)構(gòu)整體分析計算；④對SATWE計算結(jié)果進行結(jié)構(gòu)抗震性能、整體受力分析及配筋計算分析；⑤闡述石膏砌塊填充墻框架結(jié)構(gòu)計算、分析及設(shè)計的要點；⑥闡述石膏砌塊填充墻框架結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性要點。

2 模型分析

2.1 工程概況

四川省攀枝花市三十一中小學(xué)校新建宿舍樓項目，總建筑面積約為3 045 m2，地上5層(不含出屋面樓梯間層)，總建筑高度為18.300 m，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防類別為重點設(shè)防類(乙類)，建筑場地類別為Ⅱ類。本地區(qū)抗震設(shè)防基本參數(shù)為地震設(shè)防烈度7度，地震加速度0.15 g，抗震設(shè)防分組為第三組，水平地震影響系數(shù)最大值αmax：多遇地震為0.12、罕遇地震為0.72，建筑場地特征周期Tg為0.45 s。

2.2 頁巖空心磚填充墻框架結(jié)構(gòu)模型

2.2.1 模型建立

依據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011—2010)，本工程框架抗震等級為二級。本工程框架填充墻采用MU3.5頁巖空心磚，填充墻厚度均為200 mm，頁巖空心磚干容重為10 kN/m3，填充墻雙側(cè)采用M5.0混合砂漿抹灰，抹灰總厚度為40 mm，抹灰砂漿干容重為22 kN/m3，經(jīng)計算框架填充墻作用在梁上的線荷載約為3.0 kN/m。本工程樓面恒載據(jù)實計算，樓面活荷載按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)查表。本工程采用PKPM V4.3版進行結(jié)構(gòu)建模，框架計算模型如圖1所示。

2.2.2 模型計算結(jié)果分析

本工程采用SATWE V4.3版三維組合結(jié)構(gòu)有限元軟件進行計算分析，經(jīng)計算分析，本工程項目各項計算指標(biāo)均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)平面布局合理，結(jié)構(gòu)規(guī)則性指標(biāo)符合要求，如結(jié)構(gòu)周期比、層間位移角、層間位移比等指標(biāo)滿足要求，結(jié)構(gòu)抗震性能良好，如最小樓層受剪承載力比值、最小剪重比、剛重比等指標(biāo)滿足要求，本工程項目主要計算指標(biāo)如表1所示。本工程項目整體受力合理，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋計算結(jié)果滿足要求。

表1 主要計算指標(biāo)匯總表

2.3 石膏砌塊填充墻框架結(jié)構(gòu)模型

2.3.1 模型建立

本工程框架抗震等級為二級，本工程框架外圍填充墻采用MU3.5頁巖空心磚，填充墻厚度均為200 mm，頁巖空心磚干容重為10 kN/m3，填充墻雙側(cè)采用M5.0混合砂漿抹灰，抹灰總厚度為40 mm，抹灰砂漿干容重為22 kN/m3，經(jīng)計算框架外圍填充墻作用在梁上的線荷載約為3.0 kN/m。本工程框架內(nèi)部填充墻采用MU3.5石膏砌塊，填充墻厚度為200 mm，石膏砌塊干容重為7 kN/m3，采用粘結(jié)石膏進行抹灰，經(jīng)計算框架內(nèi)部石膏砌塊填充墻作用在梁上的線荷載約為1.6 kN/m。本工程樓面恒載同頁巖空心磚填充墻框架結(jié)構(gòu)模型取值。本工程采用PKPM V4.3版進行結(jié)構(gòu)建模，由于內(nèi)部梁上線荷載減小約46.67%，因此，本工程內(nèi)部填充墻采用石膏砌塊后，框架柱截面尺寸減小，框架計算模型如圖2所示。

圖2 石膏砌塊填充墻框架計算模型

2.3.2 模型計算結(jié)果分析

本工程采用SATWE V4.3版三維組合結(jié)構(gòu)有限元軟件進行計算分析，經(jīng)計算分析，本工程項目內(nèi)部填充墻采用石膏砌塊及調(diào)整框架柱截面尺寸后，結(jié)構(gòu)總重量減少約9.23%，各項計算指標(biāo)均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)規(guī)則性指標(biāo)符合要求，結(jié)構(gòu)抗震性能滿足要求，結(jié)構(gòu)整體受力合理，內(nèi)部框架柱軸壓比計算值減少約9.21%，內(nèi)部框架柱配筋計算面積減少約13.04%，內(nèi)部框架梁及次梁配筋計算面積減少約11.11%。本工程項目主要計算指標(biāo)如表2所示。

表2 主要計算指標(biāo)匯總表

3 結(jié) 論

本工程項目兩種計算模型，樓面荷載一致，框架梁及次梁截面尺寸一致，采用石膏砌塊作為框架內(nèi)部填充墻時，內(nèi)部框架梁及次梁上部線荷載約為1.6 kN/m，相對于頁巖空心磚填充墻荷載減少約46.67%。經(jīng)兩種模型計算結(jié)果對比分析，得到結(jié)論如下。

1)采用石膏砌塊填充墻多層框架結(jié)構(gòu)，抗震性能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，空間整體受力分析滿足要求，結(jié)構(gòu)規(guī)則性指標(biāo)滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

2)采用石膏砌塊填充墻多層框架結(jié)構(gòu)，在滿足各項計算指標(biāo)的前提下，可適當(dāng)減小框架柱截面尺寸，從而可達到減少結(jié)構(gòu)總體質(zhì)量的目的。

3)采用石膏砌塊填充墻多層框架結(jié)構(gòu)，內(nèi)部框架柱軸壓比計算值減少約9.21%，內(nèi)部框架柱配筋計算面積減少約13.04%，內(nèi)部框架梁及次梁配筋計算面積減少約11.11%，從而可降低項目成本，實現(xiàn)石膏砌塊填充墻多層框架結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟優(yōu)勢。

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