EPS模塊保溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計初探

趙 寰

(方略建筑設計有限責任公司，北京 100142)

EPS模塊保溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計初探

趙 寰

(方略建筑設計有限責任公司，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)的特點及計算方法，論證了這部分結(jié)構(gòu)不能僅當作荷載輸入，還應在PKPM結(jié)構(gòu)計算軟件中按照墻上開洞的方法計算。

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重的地區(qū)，治理污染保護環(huán)境的形式嚴峻。據(jù)統(tǒng)計,全球能量的50%消耗于建筑的建造和使用過程。加強建筑的保溫設計，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)能設計標準，同時批準了EPS模塊現(xiàn)澆混凝土剪力墻保溫系統(tǒng)。筆者進行這種結(jié)構(gòu)設計時，發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)需要在原來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，可以設計的較薄。通過研究發(fā)現(xiàn)，即便是較薄的混凝土墻對結(jié)構(gòu)的整體剛度仍然有較大影響。不能像對待砌體結(jié)構(gòu)一樣，把這部分結(jié)構(gòu)僅當作荷載輸入。應該把這部分按墻體輸入，并在PKPM結(jié)構(gòu)計算軟件中按照墻上開洞的方法計算。

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)《建筑抗震設計規(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。

本模型沒考慮砌體墻開裂的影響，因為混凝土構(gòu)造墻剛度較小也可能開裂。

2 計算分析

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。

標準層總剛度較為接近，表明等效可行。

2.2周期比較

模型1:第一平動周期：0.622 2，第二平動周期：0.548 6。

第一扭轉(zhuǎn)周期：0.444 3。

模型2:第一平動周期：0.726 5，第二平動周期：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)對周期值沒有影響。即軟件計算周期時沒有考慮砌體結(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，筆者認為主要有兩個原因:1)現(xiàn)行規(guī)范對填充墻大部分情況只考慮重量而不計算其剛度，將計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。實際上為了防止填充墻在地震時倒塌，現(xiàn)行規(guī)范用加拉接筋、圈梁、構(gòu)造柱等方法加強了其與整體的連接和其自身的強度。本文未考慮質(zhì)量的變化，也是因為可在周期折減系數(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計算結(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)計算時應該把構(gòu)造混凝土墻按實際情況輸入，在PKPM結(jié)構(gòu)計算軟件中采用墻上開洞的方法計算。本文通過初步分析證實PS模塊現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)是一種獨特的結(jié)構(gòu)形式，應從規(guī)范的角度并結(jié)合結(jié)構(gòu)計算軟件的應用進行進一步分析。

3 結(jié)語

本文從基本結(jié)構(gòu)概念的角度并結(jié)合PKPM軟件的實際情況對EPS模塊現(xiàn)澆混凝土剪力墻保溫系統(tǒng)特點進行了初步分析并提出了計算方法。筆者認為該系統(tǒng)雖然滿足了節(jié)能設計標準的要求，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建筑全生命周期的，所以該體系仍存在改進的余地。比如對原建筑砌塊部分采用預制隔墻等方法。其實相關廠家有相應產(chǎn)品，但是存在應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。從更為基本的方面考慮之所以出現(xiàn)這些問題，主要是因為現(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)、預制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系更符合未來綠色建筑的要求。

[1] GB 50003—2011,砌體結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].

[2] GB 50011—2010,建筑抗震設計規(guī)范[S].

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

[4] 郝艷娥,蘭永強.砌體結(jié)構(gòu)中墻體側(cè)移剛度的計算及規(guī)范應用[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