高層建筑復(fù)合板結(jié)構(gòu)豎向承重性能數(shù)值模擬分析

馮正文

(安徽省住宅產(chǎn)業(yè)化促進(jìn)中心, 安徽 合肥 230601)

0 引 言

隨著人口的增多,為解決人口的住房問題使得近幾年高層建筑不斷被建起。與此同時(shí),高層建筑的安全問題往往受到廣大人民群眾的關(guān)心。在城市建設(shè)中,裝配式建筑越來越多,裝配結(jié)構(gòu)構(gòu)件工廠化生產(chǎn),構(gòu)件質(zhì)量易于保證,現(xiàn)場施工簡便、快捷、建筑垃圾少,極大地提高了房屋建設(shè)效率,在城市化進(jìn)程中裝配式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)逐漸得到廣泛認(rèn)可[1]。高層建筑復(fù)合板結(jié)構(gòu)豎向承重性能作為人們關(guān)注的一種也受到了較大的重視。高層建筑復(fù)合板結(jié)構(gòu)往往會(huì)因突發(fā)事件作用導(dǎo)致局部建筑的破環(huán),從而使得相鄰或部分結(jié)構(gòu)也遭到破壞,發(fā)生連續(xù)性的破壞現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌研究歷經(jīng)發(fā)展,已從最初對(duì)結(jié)構(gòu)體系的抗連續(xù)性倒塌分析、設(shè)計(jì)擴(kuò)展至對(duì)節(jié)點(diǎn)或構(gòu)件連接在抗結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌過程的性能研究[2]。通過對(duì)高層建筑復(fù)合板結(jié)構(gòu)豎向承重性能進(jìn)行數(shù)值模擬分析,驗(yàn)證了高層建筑復(fù)合板結(jié)構(gòu)豎向承重性計(jì)算公式及數(shù)值模擬相關(guān)參數(shù)設(shè)置的可行性。能夠有效地防止意外事件。

1 豎向承重力計(jì)算

通過對(duì)高層建筑復(fù)合板結(jié)構(gòu)豎向軸壓進(jìn)行實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)復(fù)合板構(gòu)件的破壞往往是從砂漿面層與鋼邊框破損開始的[3]。在漿面層與鋼邊框絕大部分破損后,復(fù)合板構(gòu)件豎向承重能力明顯降低,實(shí)驗(yàn)操作過程中,發(fā)現(xiàn)砂漿面層砂漿面層并沒有明顯的破壞,說明復(fù)合板豎向承重能力是以砂漿面和鋼邊框黏結(jié)力為主要承載材料的。通過對(duì)各組材料進(jìn)行剛度計(jì)算,最后算出復(fù)合板結(jié)構(gòu)的豎向承重力,假設(shè)結(jié)構(gòu)各個(gè)零件間受力均勻,計(jì)算出對(duì)應(yīng)的黏度結(jié)應(yīng)力,極限黏結(jié)應(yīng)力為66 kN/m,

計(jì)算公式如下：

(1)

式中:γ為極限黏結(jié)應(yīng)力;Nf為砂漿面層軸向壓力;l為構(gòu)件長度;h為構(gòu)件高度。

應(yīng)用極限黏結(jié)應(yīng)力計(jì)算不同類型高層建筑復(fù)合板的承載強(qiáng)度,從而可以根據(jù)砂漿面層在墻板軸向剛度計(jì)算中所占比例求出復(fù)合板的軸向承載力[4]。

計(jì)算結(jié)束以后,將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,計(jì)算結(jié)果小于實(shí)驗(yàn)結(jié)果,這種算法屬于偏安全的一種計(jì)算方法。

2 數(shù)值模擬方法分析

在對(duì)高層建筑復(fù)合板結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬分析時(shí),參考的是復(fù)合板構(gòu)件側(cè)向推拉的試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行的分析,它忽略了復(fù)合板構(gòu)件彎曲導(dǎo)致的變形,主要以構(gòu)件剪切變形為主要分析對(duì)象。在計(jì)算數(shù)值的模擬時(shí),對(duì)于材料的選擇均質(zhì)材料剪切模量使數(shù)值模擬板件與試驗(yàn)構(gòu)件側(cè)向剛度相等,計(jì)算公式見如下：

(2)

式中:F為軸向壓力; Δ為軸向變形;G為材料剪切模量;A為材料截面積;H為墻板試件高度。

在建模時(shí),構(gòu)件的尺寸保持不變,遵守重量相等的原則,使計(jì)算的各類板材與試驗(yàn)構(gòu)件的重度相等,材料是彈性剪切模量的2.5倍。

3 數(shù)值模擬分析與試驗(yàn)對(duì)比

通過一系列的數(shù)值模擬計(jì)算與分析,高層建筑模型

一階振型的自振周期T1=0.122 s(以左右水平位移主),二階振型自振周期T2=0.09 s(以前后水平位移為主),高層建筑復(fù)合板數(shù)值模擬自振周期及振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭芷谟?jì)算結(jié)果見表1。

表1 模型自振周期

兩者相互對(duì)比發(fā)現(xiàn),數(shù)值模擬高層建筑時(shí)高層建筑y向一階振動(dòng)周期與振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果基本一致,說明復(fù)合板的數(shù)值模擬參數(shù)取值基本合理[5]。而數(shù)值模擬時(shí)高層建筑x向振動(dòng)周期大于振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果,這與高層建筑x向復(fù)合板結(jié)構(gòu)件開洞較多,但參考完整復(fù)合板的數(shù)值模擬參數(shù)進(jìn)行建模分析也基本能實(shí)現(xiàn)高層建筑模態(tài)分析計(jì)算。

4 結(jié)束語

本文通過對(duì)高層建筑復(fù)合板承重性進(jìn)行數(shù)值模擬分析,得出了如下結(jié)論。

(1)通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),高層建筑復(fù)合板承重性有很好的豎向承重能力,能夠滿足高層建筑的承載重力要求。

(2)在復(fù)合板承重墻板中砂漿面層起到了顯著的蒙皮作用,有砂漿面層的復(fù)合板承載力明顯比沒有的強(qiáng)很多。

(3)本文在運(yùn)算中,通過對(duì)復(fù)合板豎向承重力計(jì)算公式得出的高層建筑復(fù)合板承重力比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要小,根據(jù)本文的計(jì)算公式進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)安全系數(shù)會(huì)更高。