付 建，謝冰瑩

(1.攀枝花學院 土木與建筑工程學院，四川 攀枝花 617000；2.四川省工業(yè)固態(tài)廢棄物土木工程綜合開發(fā)利用重點實驗室，四川 攀枝花 617000)

0 前 言

從20世紀70年代末開始，我國便開始研制和開發(fā)石膏砌塊，到20世紀80年代，研制出集裝箱式結構的石膏砌塊機組，開啟了批量化生產石膏砌塊的進程[1][2]。目前國內石膏砌塊的基本規(guī)格為666 mm×500 mm[2]，針對石膏砌塊本身的物理及力學性能的研究成果相對成熟且完整[3-4],為石膏砌塊的工程應用奠定了堅實的基礎。石膏作為無機膠凝材料，在裝飾裝修領域及建筑輔助材料領域已有較為廣泛的應用。由于石膏砌塊在耐水性及強度方面的劣勢，石膏砌塊作為新型墻體材料，在工程領域的應用范圍相對局限，通常作為工程項目的內隔墻，且不接觸水的區(qū)域，作為工程項目二次改造的輕質隔墻來使用。針對石膏砌塊的施工工藝及應用研究等方面，國內學者已有廣泛研究，研究成果相對成熟，加速推進了石膏砌塊的廣泛應用[5-6],為規(guī)范石膏砌塊砌體的設計、施工和驗收，國家住房和城鄉(xiāng)建設部于2010年4月，發(fā)布了《石膏砌塊砌體技術規(guī)程》(JGJ/T201—2010)，進一步規(guī)范和提高了石膏砌塊砌體的施工質量[7]。

1 理論研究

1.1 研究思路

本文主要依托具體多層框架結構工程項目為研究對象，以石膏砌塊和燒結空心砌塊為多層框架結構填充墻，分別采用SATWE三維組合結構有限元軟件，進行結構抗震性能分析、整體受力分析和經濟性分析。

1.2 技術路線

本項目擬采用理論研究與具體工程實踐項目應用研究相結合的方式開展研究工作，本項目采用的主要技術路線如下：①文獻檢索，查閱相關研究成果；②結合研究思路，選擇合理的工程實踐項目作為本項目研究依托；③采用SATWE三維組合結構有限元軟件，針對兩種墻體材料，進行結構整體分析計算；④對SATWE計算結果進行結構抗震性能、整體受力分析及配筋計算分析；⑤闡述石膏砌塊填充墻框架結構計算、分析及設計的要點；⑥闡述石膏砌塊填充墻框架結構經濟性要點。

2 模型分析

2.1 工程概況

四川省攀枝花市三十一中小學校新建宿舍樓項目，總建筑面積約為3 045 m2，地上5層(不含出屋面樓梯間層)，總建筑高度為18.300 m，結構形式為框架結構，抗震設防類別為重點設防類(乙類)，建筑場地類別為Ⅱ類。本地區(qū)抗震設防基本參數(shù)為地震設防烈度7度，地震加速度0.15 g，抗震設防分組為第三組，水平地震影響系數(shù)最大值αmax：多遇地震為0.12、罕遇地震為0.72，建筑場地特征周期Tg為0.45 s。

2.2 頁巖空心磚填充墻框架結構模型

2.2.1 模型建立

依據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011—2010)，本工程框架抗震等級為二級。本工程框架填充墻采用MU3.5頁巖空心磚，填充墻厚度均為200 mm，頁巖空心磚干容重為10 kN/m3，填充墻雙側采用M5.0混合砂漿抹灰，抹灰總厚度為40 mm，抹灰砂漿干容重為22 kN/m3，經計算框架填充墻作用在梁上的線荷載約為3.0 kN/m。本工程樓面恒載據(jù)實計算，樓面活荷載按照《建筑結構荷載規(guī)范》(GB50009-2012)查表。本工程采用PKPM V4.3版進行結構建模，框架計算模型如圖1所示。

2.2.2 模型計算結果分析

本工程采用SATWE V4.3版三維組合結構有限元軟件進行計算分析，經計算分析，本工程項目各項計算指標均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，結構平面布局合理，結構規(guī)則性指標符合要求，如結構周期比、層間位移角、層間位移比等指標滿足要求，結構抗震性能良好，如最小樓層受剪承載力比值、最小剪重比、剛重比等指標滿足要求，本工程項目主要計算指標如表1所示。本工程項目整體受力合理，主要結構構件配筋計算結果滿足要求。

表1 主要計算指標匯總表

2.3 石膏砌塊填充墻框架結構模型

2.3.1 模型建立

本工程框架抗震等級為二級，本工程框架外圍填充墻采用MU3.5頁巖空心磚，填充墻厚度均為200 mm，頁巖空心磚干容重為10 kN/m3，填充墻雙側采用M5.0混合砂漿抹灰，抹灰總厚度為40 mm，抹灰砂漿干容重為22 kN/m3，經計算框架外圍填充墻作用在梁上的線荷載約為3.0 kN/m。本工程框架內部填充墻采用MU3.5石膏砌塊，填充墻厚度為200 mm，石膏砌塊干容重為7 kN/m3，采用粘結石膏進行抹灰，經計算框架內部石膏砌塊填充墻作用在梁上的線荷載約為1.6 kN/m。本工程樓面恒載同頁巖空心磚填充墻框架結構模型取值。本工程采用PKPM V4.3版進行結構建模，由于內部梁上線荷載減小約46.67%，因此，本工程內部填充墻采用石膏砌塊后，框架柱截面尺寸減小，框架計算模型如圖2所示。

圖2 石膏砌塊填充墻框架計算模型

2.3.2 模型計算結果分析

本工程采用SATWE V4.3版三維組合結構有限元軟件進行計算分析，經計算分析，本工程項目內部填充墻采用石膏砌塊及調整框架柱截面尺寸后，結構總重量減少約9.23%，各項計算指標均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，結構規(guī)則性指標符合要求，結構抗震性能滿足要求，結構整體受力合理，內部框架柱軸壓比計算值減少約9.21%，內部框架柱配筋計算面積減少約13.04%，內部框架梁及次梁配筋計算面積減少約11.11%。本工程項目主要計算指標如表2所示。

表2 主要計算指標匯總表

3 結 論

本工程項目兩種計算模型，樓面荷載一致，框架梁及次梁截面尺寸一致，采用石膏砌塊作為框架內部填充墻時，內部框架梁及次梁上部線荷載約為1.6 kN/m，相對于頁巖空心磚填充墻荷載減少約46.67%。經兩種模型計算結果對比分析，得到結論如下。

1)采用石膏砌塊填充墻多層框架結構，抗震性能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，空間整體受力分析滿足要求，結構規(guī)則性指標滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

2)采用石膏砌塊填充墻多層框架結構，在滿足各項計算指標的前提下，可適當減小框架柱截面尺寸，從而可達到減少結構總體質量的目的。

3)采用石膏砌塊填充墻多層框架結構，內部框架柱軸壓比計算值減少約9.21%，內部框架柱配筋計算面積減少約13.04%，內部框架梁及次梁配筋計算面積減少約11.11%，從而可降低項目成本，實現(xiàn)石膏砌塊填充墻多層框架結構的經濟優(yōu)勢。

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