現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋高層建筑的抗震性能分析

史翔

摘要：最近正在研究一種新型的現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋，以及其優(yōu)異的抗震性能和其他要求。目前對(duì)這種新型樓板抗震性能的研究還不完善，本文為現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋為目標(biāo)，分析了空心樓蓋高層建筑的抗震性能，最后總結(jié)了空心樓蓋結(jié)構(gòu)的應(yīng)力特征和抗震保護(hù)的主要方法，提出了相關(guān)的抗震措施，除了一些空心樓蓋外，以相關(guān)規(guī)范和圖譜依據(jù)，制定關(guān)于結(jié)構(gòu)的抗震措施，提高建筑物的抗震性能。

Abstract： A new type of cast-in-place concrete hollow floor is being studied recently， along with its excellent seismic performance and other requirements. At present， the research on the seismic performance of this new type of slab is still not perfect. This paper aims at the cast-in-place concrete hollow floor， analyzes the seismic performance of the high-rise building with hollow floor， summarizes the stress characteristics and seismic protection method of the hollow floor structure， and proposes related seismic measures. In addition to some hollow floor coverings， based on relevant specifications and maps， the seismic measures on the structure are developed to improve the seismic performance of buildings.

關(guān)鍵詞：空心樓蓋;高層建筑;抗震性能分析

Key words： hollow floor;high-rise building;seismic performance analysis

中圖分類號(hào)：TU973+.13 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）15-0063-04

0 ?引言

自新世紀(jì)以來，經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，土地有限和價(jià)格上漲導(dǎo)致了高樓和摩天大樓的出現(xiàn)。現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)可滿足傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)的要求，滿足業(yè)主對(duì)大型開放空間、大跨度的需求，也能滿足高層建筑靈活應(yīng)用空間的要求，因此其具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)利益。為了減少地震造成的破壞，有必要分析這種新型建筑物的抗震性能。因此本文將研究和分析高層現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)的抗震性能。

1 ?工程概況

本工程位于山東魯南，當(dāng)?shù)刈罡邩牵偨ㄖ娣e達(dá)到6公頃，總共有二十六層。主體結(jié)構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu)，效果圖和平面圖如圖1、圖2所示。

2 ?有限元建模分析

本文對(duì)該建筑進(jìn)行有限元分析，本工程地上二十五層，總高度九十四米，底部為辦公樓，頂層是機(jī)房，所以整體結(jié)構(gòu)為框架核心筒。最大跨度為9m，不需要采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)。本文采用Strart7.0進(jìn)行建模分析，模型如圖3所示。

2.1 反應(yīng)譜分析

空心樓蓋結(jié)構(gòu)存在空心內(nèi)膜，所以樓板的剛度不均勻，降低了整體的協(xié)調(diào)能力。另外，空心板按照比例折算成整板和直接按照空心樓蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，之間的誤差無法準(zhǔn)確衡量，所以，必須采用陣型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行分析結(jié)構(gòu)的抗震性能。

采用以上模型，并設(shè)置三種不同參數(shù)進(jìn)行分析，第一種就是空心樓蓋模型，第二種是板柱模型，第三種是普通樓蓋模型，下面對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行分析。

2.1.1 側(cè)移曲線對(duì)比分析

頂層最大側(cè)位移如表1，S1、S2、S3分別是三種模型計(jì)算下的頂層位移。

分析表1所示，在結(jié)構(gòu)尺寸、層高一樣的情況下，空心樓蓋的頂層側(cè)移最小，普通樓蓋的位移最大，可想而知，空心樓蓋的剛度大，位移小，效果很明顯，所以采用空心樓蓋有助于結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。

2.1.2 層間位移、位移角結(jié)果比較

用有限元分析法計(jì)算三種模型下的層間位移和位移角的計(jì)算結(jié)果，如表2所示。空心樓蓋位移角和層間位移都是最小的，普通樓蓋雖然位移角相差不大，但是層間位移比空心樓蓋大50%，說明結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，剛度不夠，空心樓蓋相對(duì)就比較穩(wěn)定。

2.1.3 自振周期的結(jié)果對(duì)比

三種模型下的計(jì)算結(jié)果如表3所示。三種結(jié)構(gòu)形式均符合規(guī)范要求，前兩個(gè)陣型都是平動(dòng)，第三個(gè)陣型是轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于空心樓蓋，平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)分量之和為4%，而普通樓蓋轉(zhuǎn)動(dòng)分量為10%，剛好過了規(guī)范的零界點(diǎn)，說明轉(zhuǎn)動(dòng)分量在普通樓蓋中表現(xiàn)明顯，反而對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震不利，相反，空心樓蓋對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能有明顯的優(yōu)勢(shì)，陣型符合規(guī)范要求，周期穩(wěn)定。

2.2 現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)的時(shí)程分析

在地震的影響下，空心樓蓋結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能比板柱結(jié)構(gòu)和普通地板結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，因?yàn)橛捎谥醒胫锌諆?nèi)模的存在，不考慮地板剛度不匹配。振動(dòng)模式分解反應(yīng)譜法無法給出這些問題的完整解決方案，也會(huì)錯(cuò)誤地判斷結(jié)構(gòu)的脆弱部分，但是時(shí)程分析方法可以很好地解決上述問題。

采用以上模型，并設(shè)置三種不同參數(shù)進(jìn)行分析，第一種就是空心樓蓋模型，第二種是板柱模型，第三種是普通樓蓋模型，下面對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行分析。

2.2.1 多遇地震時(shí)程分析

采用Strart有限元分析軟件對(duì)其進(jìn)行多遇地震下的時(shí)程分析，計(jì)算結(jié)果如表4所示。以最大位移角為指標(biāo)，分析四種不同地震作用下的結(jié)構(gòu)位移，結(jié)果顯示空心樓蓋位移為1/1925，很明顯大于普通樓蓋結(jié)構(gòu)和板柱結(jié)構(gòu)，說明空心樓蓋在多遇地震作用的結(jié)構(gòu)抗震性能更優(yōu)。

2.2.2 罕遇地震時(shí)程分析

采用Strart有限元分析軟件對(duì)其進(jìn)行罕遇地震下的時(shí)程分析，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。計(jì)算在El-centro波坐下的三種計(jì)算模型下的樓層剪力，空心樓蓋樓層剪力均大于普通樓蓋和板柱結(jié)構(gòu)。

3 ?空心樓蓋結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計(jì)分析

在靠近柱和暗梁的某些區(qū)域中，該區(qū)域中的地板需要具有框架梁的力特性并且與框架梁的力相匹配，因?yàn)橹锌盏匕褰Y(jié)構(gòu)的地板本身成為框架梁的一部分，它足夠剛性以傳遞水平地面運(yùn)動(dòng)，并在抵抗地震中發(fā)揮有用的作用。此外，柱和柱形成通過暗梁和現(xiàn)澆空心板加固的扁平框架梁，并具有足夠的剛度以傳遞水平地震活動(dòng)性。因此，抗震加固的關(guān)鍵在于板柱節(jié)點(diǎn)的延性設(shè)計(jì)，改善了結(jié)構(gòu)的抗震性能，以確保水平地面運(yùn)動(dòng)的可靠傳輸。

3.1 結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)的確定

根據(jù)山東魯南茶博園綜合體的實(shí)際結(jié)構(gòu)，該項(xiàng)目為現(xiàn)澆混凝土空心樓板的高層結(jié)構(gòu)，需要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行特殊的抗震分析，并對(duì)主要部分進(jìn)行必要的抗震加固措施。結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)定為D級(jí)，考慮了各種因素，如抗震加固類別，加固強(qiáng)度，場(chǎng)地條件，結(jié)構(gòu)特性，結(jié)構(gòu)，地震后損失和易于修復(fù)。結(jié)構(gòu)在中等地震下具有第三抗震性能等級(jí)，結(jié)構(gòu)將受到輕微到中等的破壞。4抗震性能水平接近嚴(yán)重?fù)p壞。

3.2 針對(duì)空心樓蓋結(jié)構(gòu)采取的抗震措施

3.2.1 控制板厚度

現(xiàn)澆空心板是空心樓板結(jié)構(gòu)的主要組成部分，控制板坯厚度直接影響板坯的承載力和結(jié)構(gòu)的橫向剛度。理論上，板坯的厚度，支撐權(quán)力和結(jié)構(gòu)的另一面。雖然剛性得到改善，但剛度越大，對(duì)地震的影響越大。如果內(nèi)模是芯，則地板厚度小于180毫米，而不是頂部厚度。板底部的厚度必須至少為40毫米;如果內(nèi)模是一個(gè)盒子，地板的厚度至少為250毫米，板頂部的厚度和底板的厚度至少為50毫米。它小于盒子底部長度的1/150。

3.2.2 限制肋寬

通過在現(xiàn)澆混凝土空心樓板上沿力的方向設(shè)置肋條，可以提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和剛性，并且可以提高結(jié)構(gòu)的抗震性。肋的寬度應(yīng)為填料高度的1/8至1/3，并應(yīng)滿足下列要求。當(dāng)內(nèi)模為芯時(shí)，芯的寬度與芯的外徑之比應(yīng)為0.2或更大。如果內(nèi)部類型是盒子，則盒子寬度和盒子高度之間的肋寬度比率應(yīng)至少為0.25，鋼筋混凝土地板和預(yù)應(yīng)力混凝土地板的肋寬度應(yīng)至少為70mm它必須小于80mm。

3.2.3 設(shè)置暗梁

由于暗梁和現(xiàn)澆空心板形成加強(qiáng)的扁平框架梁，它們具有足夠的剛度來傳遞水平地震動(dòng)并提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，因此空心樓板結(jié)構(gòu)是垂直和水平的必須是沿著柱軸安裝在板上。暗光束尺寸要求如下：暗光束的寬度應(yīng)該是行的寬度和兩側(cè)厚度的1.5倍的總和，暗梁的高度通常與空心板的厚度是相同的。

3.2.4 增加箍筋的數(shù)量

通過增加柱末端彎矩大的區(qū)域中的箍筋數(shù)量，改善了該區(qū)域中板材的延展性，提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能以及結(jié)構(gòu)的延展性和高度。彎曲過程中部件的混凝土受壓區(qū)域改進(jìn)，與部件結(jié)構(gòu)中的鋼筋數(shù)量相似，部件的延展性可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗變形性和吸收地震的能力。厚帽區(qū)域中混凝土的厚度可以減少最大彎矩處的增強(qiáng)件數(shù)量，并增加結(jié)構(gòu)的延展性，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)承受大地震的能力。

圖5是在板柱連接處的柱帽（柱支架）的鋼結(jié)構(gòu)圖，其通過增加箍筋的數(shù)量和彎曲鋼筋來抵抗。

4 ?結(jié)論

與傳統(tǒng)的地板結(jié)構(gòu)相比，現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)具有重量輕、寬跨度、無懸伸梁（平頂面，便于房間劃分）、間隙高、成本降低等優(yōu)點(diǎn)?？梢詮浹a(bǔ)傳統(tǒng)地板結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，使總體成本降低，從而可以建成更大的應(yīng)用空間。最近正在研究一種新型的現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋，以及優(yōu)異的抗震性能和其他要求。本文為現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋為目標(biāo)，分析了高層建筑的抗震性能，最后總結(jié)了空心樓蓋結(jié)構(gòu)的應(yīng)力特征和抗震加固的主要部分，提出了相關(guān)的抗震措施，供相關(guān)工作者參考，提高現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋高層建筑的抗震性能。

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