頂部現澆板對裝配式多層混凝土框架結構抗側協調的影響

方為梁

【摘要】為了探究頂部現澆板對裝配式多層混凝土框架結構抗側協調的影響，通過振型反解反應譜法計算不同層數及不同樓層布置形式的多層混凝土框架結構與模型的框架柱側向剪力和位移。最終結果顯示，裝配式多層混凝土框架結構采用頂部現澆板可以較好地實現其整體抗側協調。

【關鍵詞】頂部現澆板;裝配式;多層混凝土框架結構;抗側協調

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

10.134

目前，“等同現澆”是我國裝配式鋼筋混凝土結構應用和研究所采用的主要方式[1]。裝配式樓板多采用預制疊合板，對樓板的平面內剛度和整體性有較好的保證。多層混凝土框架結構中，樓板混凝土用量占總用量的50%左右，預制疊合板僅有50%左右的構件預制率，所以其對降低裝配式混凝土結構的造價，提高施工效率十分有限[2]。在大型車庫、物流倉儲等結構平面超長的多層現澆混凝土結構中，因為混凝土硬化收縮常會出現開裂問題，而全裝配樓板可以有效提升樓板預制率，預防因為樓板收縮所帶來的開裂問題[3]。實驗研究顯示，在多層混凝土框架結構中使用全裝配式樓板可以充分滿足結構的抗震性要求。

1、基本原理

1.1 多層混凝土框架結構的頂部地震反應明顯

從結構動力學來說，多層混凝土框架結構主要振型是一階平動模態(tài)，而且頂部有明顯的動力反應[4]。資料顯示，對于以剪切變形為主的側向多層框架結構，需要用底部剪力法對樓層剪力進行計算[5]。假設結構各層的等效質量相同、增高相等，可以用公式（A）來計算各層頂部地震剪力與總剪力的比值，結果如表1所示。通過表1可以知道，結構高度>80%，結構頂層或位于頂部的兩層的剪力與總剪力的比值較大。

1.2 頂部樓板對多層混凝土框架結構抗側協調效率高

假設，在水平荷載作用下，多層框架結構的頂樓蓋地簡化力學模型如圖1所示。其將單向彈簧作為支座，剛度對應榀框架結構頂部的抗側剛力。在多層框架結構中，可通過底部剪力法求其水平地震作用，并采用均勻荷載形式加在結構平面一側。

通過該簡化力學模型可以知道，樓板平面內剛度和支承彈簧剛度的大小可以反映出樓板對框架結構抗側協調能力。當樓板平面內剛度大，支承彈簧剛度小的時候，樓板的抗側協調性好。由于多層框架結構頂部抗側剛度最小，所以在頂部設現澆板有助于框架抗側協調性。此外，由于結構平面端部支座邊界的影響，結構兩端的支承彈簧反力相較于平面中部彈簧反例較大。

2、模型對比分析

2.1 模型信息

混凝土框架結構模型的柱距為840cm，第一層層高為450cm，剩余各層的層高為300cm。梁截面30cmx80cm，三層框結構的柱截面50cmx50cm，七層框結構的柱截面60cmx60cm，樓板厚度18cm，單向預制板，縱向框架梁承重。梁、板、柱的混凝土強度為C40，抗震設防烈度8度，Ⅱ類場地，第二組。分別計算荷載均勻分布和偏心5%分布的情況。

2.2三層混凝土框架結構

荷載均勻分布的框架結構：

S-T和H-W模型比P-W和P-T模型相比，其剪力分布性更好。只有頂部樓板的模型的結構平面兩端框架柱剪力同相鄰柱間有剪力差，則具有頂層平面兩端柱剪力增大，平面中部柱剪力均勻但減小，底層平面兩端柱剪力減小，與頂部柱剪力分布相反的特點。通過P-W和P-T的剪力分布曲線可以知道，全裝配樓板的平面剛度表現為一定平面內半剛性，如果需要全裝配樓板具有足夠的平面內剛度則應該提高抗剪鍵剛度或者增加抗剪鍵數量。具體如圖2所示。

S-T和H-W模型與P-W和P-T模型相比，其水平位移分均性較好，結構頂部柱間幾乎沒有位移差，其余樓層的結構平面端部相比平面中部的位移較小，頂部現澆板結構模型的相鄰節(jié)點的兩端位移差與柱距的比值<1/5000。具體如圖3所示。而且各模型前三階振型周期、形態(tài)、質量差同系數的差異十分小。

結語：

通過對比計算不同結構模型的Y向水平剪力和位移分布，得出以下結論：（1）在多層混凝土框架結構>80%的高度上設現澆板，可以更好地實現框架結構的抗側協調。（2）在多層混凝土框架結構>80%的高度上設現澆板，可以讓結構平面兩端的頂部和底部框架柱剪力同相鄰跨框架柱存在剪力差。（3）多層混凝土框架架構使用全裝配樓板是要注意結構頂部樓板的平面內剛度。

參考文獻：

[1]周云，陳太平，裴熠麟，等.全裝配式混凝土框架結構抗連續(xù)倒塌破壞機理研究[J].地震工程與工程振動，2019，39（5）：42-53.

[2]王青，杜志強，王志軍，等.裝配整體式框架-現澆剪力墻結構設計要點及存在的問題[J].工程建設與設計，2019，56（4）：23-24.

[3]崔雙雙，呂大剛，宋鵬彥.填充墻和現澆板對鋼筋混凝土框架結構整體超強的影響研究[J].建筑結構學報，2014，35（8）：30-36.