鋼筋混凝土空間網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)的性能分析

摘 要：簡(jiǎn)要介紹了鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋盒式結(jié)構(gòu)新體系組成，以武漢某擬建多層廠房工程為例，采用計(jì)算分析軟件PKPM建立鋼筋混凝土空間網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)與常規(guī)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)模型，從結(jié)構(gòu)的自振周期、樓層位移、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)等進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而體現(xiàn)鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋盒式結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：空腹夾層板樓蓋；盒式結(jié)構(gòu)；經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)；空間剛度

引言

貴州大學(xué)馬克儉院士基于節(jié)約土地、提高建筑空間使用率，提出了一系列新型多層大跨建筑結(jié)構(gòu)，如鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋結(jié)構(gòu)、裝配整體式空腹夾層板樓蓋結(jié)構(gòu)等。與常規(guī)單層廠房相比，新型結(jié)構(gòu)體系能夠明顯提高土地的使用率；與多層框架相比，新體系可以在滿足大跨度條件下，使結(jié)構(gòu)的混凝土量和用鋼量大大降低。

1 工程概況

擬在湖北省武漢市修建一棟鋼筋混凝土正交斜放空腹夾層板樓蓋盒式結(jié)構(gòu)多層廠房，共3層，層高6m，總高為18m，短跨方向?yàn)閮煽?，跨度均?8m，長(zhǎng)跨跨度為48m，平面尺寸為36m×48m?？拐鹪O(shè)防烈度6度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，阻尼比取0.05，基本風(fēng)壓是0.3kN/m2，風(fēng)荷載體型系數(shù)統(tǒng)一取1.3，地面粗糙度類別為B類。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的荷載主要有：樓面恒荷載為1.5kN/m2（不包括自重），樓面活荷載取5kN/m2，屋面恒載為1.5kN/m2（不包括自重），活載取0.5kN/m2，外墻自重取等效線荷載7.2kN/m；鋼筋為HRB400，梁、柱、板的混凝土均采用C35。盒式結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)柱距為3m，網(wǎng)格為3m×sin450=2.121m，板厚取80mm；常規(guī)結(jié)構(gòu)柱距為6m，網(wǎng)格寬為3m，板厚取100mm。

鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋盒式結(jié)構(gòu)柱子截面尺寸為600mm×600mm，上、下肋截面尺寸取為350mm×150mm，剪力鍵截面尺寸取為350mm×300mm，邊梁截面尺寸取為400mm×800mm，層間梁截面尺寸取為250mm×200mm。每層布兩道層間梁，各層間梁間距均為2m。

2 力學(xué)性能分析

2.1 模態(tài)分析

盒式結(jié)構(gòu)和常規(guī)結(jié)構(gòu)的前三階自振周期見表3。由表3中數(shù)據(jù)可知：鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋盒式結(jié)構(gòu)各模態(tài)周期均小于常規(guī)混凝土框架結(jié)構(gòu)，二者第一階周期比值為1.0360/1.0787=0.96，盒式結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度大于常規(guī)結(jié)構(gòu)；兩種結(jié)構(gòu)第一扭轉(zhuǎn)和第一平動(dòng)周期的比值均小于《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3-2010）3.4.5要求的0.9，滿足規(guī)范要求。盒式結(jié)構(gòu)的周期比小于常規(guī)結(jié)構(gòu)的周期比，則其抗扭性能好于常規(guī)結(jié)構(gòu)。

2.2 樓層位移

圖3是盒式結(jié)構(gòu)與常規(guī)結(jié)構(gòu)在多遇地震作用和下的位移曲線。由圖3可知盒式結(jié)構(gòu)在X與Y方向的最大位移均小于常規(guī)結(jié)構(gòu)，表明其抗側(cè)剛度優(yōu)于常規(guī)結(jié)構(gòu)。

3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)分析

在建筑功能要求和工程造價(jià)方面，鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋盒式結(jié)構(gòu)起到很高的良性作用，是一種較常規(guī)結(jié)構(gòu)更合理、良好的新型結(jié)構(gòu)。

（1）鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋盒式結(jié)構(gòu)外墻采用現(xiàn)澆脫硫石膏。脫硫石膏是工業(yè)固體廢料，我國(guó)每年由工廠形成的此類工業(yè)石膏約一億噸，石膏作為建筑材料，不僅具有保溫隔熱和防火性能、舒適性高、生產(chǎn)速度快等優(yōu)點(diǎn)，也可起到環(huán)保節(jié)能、變廢為寶、可循環(huán)利用的作用。

（2）鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋盒式結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格式墻架網(wǎng)格劃分小，網(wǎng)格墻架內(nèi)力分布均勻，節(jié)點(diǎn)內(nèi)力（M，N，V）比常規(guī)結(jié)構(gòu)減小很多，如圖4所示。由于其內(nèi)力分布均勻，使各類構(gòu)件截面尺寸變小形成小構(gòu)件網(wǎng)格，鋼筋用量比常規(guī)結(jié)構(gòu)少。

（3）本例中，按照結(jié)構(gòu)模型，對(duì)兩種模型的混凝土量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表4，盒式結(jié)構(gòu)與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比，其總混凝土量下降了（1662.42-1570.40）/1662.42=5.54%。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過以上對(duì)兩種結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能析和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比分析，可知：

（1）鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋盒式結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度大于常規(guī)混凝土框架結(jié)構(gòu)。

（2）盒式結(jié)構(gòu)將豎向和水平承重構(gòu)件網(wǎng)格化，使得縱橫向抗側(cè)剛度分布更加均勻。

（3）鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋盒式結(jié)構(gòu)同常規(guī)混凝土框架結(jié)構(gòu)相比，混凝土量降低了5.54%，既節(jié)約資源，又降低了造價(jià)，使得其經(jīng)濟(jì)效益較為客觀。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：張震（1989-），男，在讀碩士，研究方向：鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)。