鄉(xiāng)鎮(zhèn)懸挑結(jié)構(gòu)房屋的抗震性能分析

林秋怡，余龍

（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 滁州 239000）

一、引言

由于我國經(jīng)濟發(fā)展的不平衡，在廣大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域及城市郊區(qū)，磚混結(jié)構(gòu)的房屋是普遍采用的，其中為了增加上部結(jié)構(gòu)空間而設(shè)置懸挑結(jié)構(gòu)形式大量存在。懸挑構(gòu)件在地震作用下受力較為復(fù)雜，其抗震性能有待研究,同時由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)中缺少規(guī)范化管理及專業(yè)化施工隊伍，使得懸挑結(jié)構(gòu)構(gòu)件成為房屋的薄弱環(huán)節(jié)[1][2]。本文針對典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)懸挑結(jié)構(gòu)房屋，采用有限元SAP2000對其進(jìn)行抗震性能模擬和分析，以期分析結(jié)果為“新農(nóng)村”房屋建設(shè)提供參考。

二、工程概況

在我國，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域房屋結(jié)構(gòu)形式主要還是以磚混結(jié)構(gòu)為主。安徽地區(qū)農(nóng)居房屋采用磚混結(jié)構(gòu)占95%以上[3]，層數(shù)多為二至三層。在鄉(xiāng)鎮(zhèn)街區(qū)，沿街的房屋為了增加使用面積，同時兼作雨篷之用，普遍在底層以上的樓層處設(shè)置懸挑梁。鄉(xiāng)鎮(zhèn)臨街房屋結(jié)構(gòu)平面如圖1所示。

房屋共三層，各層層高均為3.0m。承重墻體材料：MU10磚，M7.5混合砂漿，墻體厚為240mm；結(jié)構(gòu)中混凝土強度等級為C25，鋼筋強度等級為HRB335，鋼筋混凝土構(gòu)造柱截面為240mm×240mm，圈梁截面為240mm×240mm，其配筋滿足《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50003-2011)要求。懸挑梁截面為240mm×400mm，依據(jù)規(guī)范要求挑梁埋入砌體長度為1.8m[4]，該梁上部配325，下部配212，懸挑部位如圖1(b)所示。計算分析時采用程序中的剛性樓板指定[5]，抗震設(shè)計烈度為7度。

圖1房屋平面圖

三、計算與分析

（一）計算方案

在懸挑梁的根部，由于受力情況較為復(fù)雜，其抗震性能會有所降低，因此如何提高懸挑部位的抗震性能則有待探討。為了提高懸挑部位的抗震性能，在原結(jié)構(gòu)模型中增設(shè)構(gòu)件，本文通過對幾種方案進(jìn)行有限元計算比較，來分析各方案的抗震性能。方案一為在懸挑梁端部出設(shè)置豎向垂直鋼筋混凝土構(gòu)造柱，連接上下層懸挑梁，形成整體；方案二為在懸挑梁端部與上層懸挑梁根部設(shè)置斜柱，如圖2所示。

圖2增設(shè)構(gòu)件位置示意圖

（二）分析比較

依據(jù)現(xiàn)行抗震規(guī)范[6]，給出了在ElCentro波在加速度峰值調(diào)至為220cm/s2時的計算分析結(jié)果，原結(jié)構(gòu)和增設(shè)構(gòu)件結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)比較如下：

1、結(jié)構(gòu)的周期比較

在罕遇地震作用下，通過表1中的數(shù)值可分析得到，原結(jié)構(gòu)和增設(shè)抗震構(gòu)件結(jié)構(gòu)的各振型下的周期變化很小，可以忽略不計。這也反映出所增設(shè)的垂直柱或斜柱對整個結(jié)構(gòu)的影響較小，不會對原結(jié)構(gòu)的剛度有著顯著的增加。

表1各方案結(jié)構(gòu)周期

2、懸挑梁端部位移比較

通過表2中的數(shù)據(jù)可看出，方案一和方案二的樓層懸挑梁端部的位移較原結(jié)構(gòu)均有減小，其中方案一結(jié)構(gòu)中在底層樓面處的懸挑梁端部的位移與原結(jié)構(gòu)的位移減小相對差值最大，達(dá)到30.6%；方案二結(jié)構(gòu)中在底層樓面處的懸挑梁端部的位移較原結(jié)構(gòu)減小值達(dá)32.2%，說明采用增設(shè)構(gòu)件的方案一及方案二對結(jié)構(gòu)的抗震性能有著顯著的提高。但從表中可得到，方案一結(jié)構(gòu)的懸挑梁端部位移與方案二在各層的位移相對差值均較小，最大的相對差值也只有3.7%，顯示方案一與方案二對抗震性能的提高較為接近。

表2各層懸挑梁端部位移

3、房屋頂層懸挑梁端部加速度比較

圖3為房屋頂層懸挑梁端部加速度曲線圖，圖3(a)為原結(jié)構(gòu)與方案一的加速度曲線對比圖，圖3(b)為原結(jié)構(gòu)與方案二的加速度曲線對比圖。原結(jié)構(gòu)與方案一的加速度最大值的相對差值為2.93%，原結(jié)構(gòu)與方案二的加速度最大值的相對差值只有0.78%，通過數(shù)值分析得到在結(jié)構(gòu)的加速度方面，增設(shè)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)差值較小。

圖3頂層加速度時程曲線圖

四、結(jié)論

鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域所采用的懸挑梁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中懸挑梁部位受力較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震性能較弱。通過在原懸挑部位增設(shè)構(gòu)件構(gòu)件，能有效地提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

通過計算分析，在原結(jié)構(gòu)中增設(shè)垂直豎向鋼筋混凝土柱和斜向柱能顯著地提高原結(jié)構(gòu)的抗震性能，但考慮到實際施工的情況，采用垂直豎向柱在施工中更易實現(xiàn)。結(jié)構(gòu)中所增設(shè)的構(gòu)件構(gòu)造及配筋應(yīng)滿足規(guī)范中對構(gòu)造柱的要求，可適當(dāng)提高構(gòu)件的配筋。

[參考文獻(xiàn)]

[1]吳體,吳松柏,張 翼.四川農(nóng)居房屋懸挑部分的結(jié)構(gòu)受力分析[J].四川建筑科學(xué)研究,2006,32(1)：84-86.

[2]曹均鋒,劉慶忠,葉獻(xiàn)國 等.皖東北地區(qū)農(nóng)村民居抗震性能調(diào)查與研究[J].震災(zāi)防御技術(shù),2011,6(2)：136-145.

[3]李新.安徽地區(qū)農(nóng)居房屋懸挑結(jié)構(gòu)抗震性能研究[J].工程與建設(shè),2011,25(3)：365-366.

[4]砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50003-2011)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2011.

[5]北京金土木軟件技術(shù)有限公司,中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院.SAP2000中文版使用指南[M].北京：人民交通出版社,2006：165-168.

[6]建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011-2010)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2010.