方為梁

【摘要】為了探究頂部現(xiàn)澆板對(duì)裝配式多層混凝土框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)協(xié)調(diào)的影響，通過(guò)振型反解反應(yīng)譜法計(jì)算不同層數(shù)及不同樓層布置形式的多層混凝土框架結(jié)構(gòu)與模型的框架柱側(cè)向剪力和位移。最終結(jié)果顯示，裝配式多層混凝土框架結(jié)構(gòu)采用頂部現(xiàn)澆板可以較好地實(shí)現(xiàn)其整體抗側(cè)協(xié)調(diào)。

【關(guān)鍵詞】頂部現(xiàn)澆板;裝配式;多層混凝土框架結(jié)構(gòu);抗側(cè)協(xié)調(diào)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

10.134

目前，“等同現(xiàn)澆”是我國(guó)裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用和研究所采用的主要方式[1]。裝配式樓板多采用預(yù)制疊合板，對(duì)樓板的平面內(nèi)剛度和整體性有較好的保證。多層混凝土框架結(jié)構(gòu)中，樓板混凝土用量占總用量的50%左右，預(yù)制疊合板僅有50%左右的構(gòu)件預(yù)制率，所以其對(duì)降低裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的造價(jià)，提高施工效率十分有限[2]。在大型車庫(kù)、物流倉(cāng)儲(chǔ)等結(jié)構(gòu)平面超長(zhǎng)的多層現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)中，因?yàn)榛炷劣不湛s常會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題，而全裝配樓板可以有效提升樓板預(yù)制率，預(yù)防因?yàn)闃前迨湛s所帶來(lái)的開(kāi)裂問(wèn)題[3]。實(shí)驗(yàn)研究顯示，在多層混凝土框架結(jié)構(gòu)中使用全裝配式樓板可以充分滿足結(jié)構(gòu)的抗震性要求。

1、基本原理

1.1 多層混凝土框架結(jié)構(gòu)的頂部地震反應(yīng)明顯

從結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)來(lái)說(shuō)，多層混凝土框架結(jié)構(gòu)主要振型是一階平動(dòng)模態(tài)，而且頂部有明顯的動(dòng)力反應(yīng)[4]。資料顯示，對(duì)于以剪切變形為主的側(cè)向多層框架結(jié)構(gòu)，需要用底部剪力法對(duì)樓層剪力進(jìn)行計(jì)算[5]。假設(shè)結(jié)構(gòu)各層的等效質(zhì)量相同、增高相等，可以用公式（A）來(lái)計(jì)算各層頂部地震剪力與總剪力的比值，結(jié)果如表1所示。通過(guò)表1可以知道，結(jié)構(gòu)高度>80%，結(jié)構(gòu)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(duì)多層混凝土框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)協(xié)調(diào)效率高

假設(shè)，在水平荷載作用下，多層框架結(jié)構(gòu)的頂樓蓋地簡(jiǎn)化力學(xué)模型如圖1所示。其將單向彈簧作為支座，剛度對(duì)應(yīng)榀框架結(jié)構(gòu)頂部的抗側(cè)剛力。在多層框架結(jié)構(gòu)中，可通過(guò)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(jié)構(gòu)平面一側(cè)。

通過(guò)該簡(jiǎn)化力學(xué)模型可以知道，樓板平面內(nèi)剛度和支承彈簧剛度的大小可以反映出樓板對(duì)框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)協(xié)調(diào)能力。當(dāng)樓板平面內(nèi)剛度大，支承彈簧剛度小的時(shí)候，樓板的抗側(cè)協(xié)調(diào)性好。由于多層框架結(jié)構(gòu)頂部抗側(cè)剛度最小，所以在頂部設(shè)現(xiàn)澆板有助于框架抗側(cè)協(xié)調(diào)性。此外，由于結(jié)構(gòu)平面端部支座邊界的影響，結(jié)構(gòu)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(duì)比分析

2.1 模型信息

混凝土框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的柱截面50cmx50cm，七層框結(jié)構(gòu)的柱截面60cmx60cm，樓板厚度18cm，單向預(yù)制板，縱向框架梁承重。梁、板、柱的混凝土強(qiáng)度為C40，抗震設(shè)防烈度8度，Ⅱ類場(chǎng)地，第二組。分別計(jì)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(jié)構(gòu)

荷載均勻分布的框架結(jié)構(gòu)：

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(jié)構(gòu)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(diǎn)。通過(guò)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(xiàn)為一定平面內(nèi)半剛性，如果需要全裝配樓板具有足夠的平面內(nèi)剛度則應(yīng)該提高抗剪鍵剛度或者增加抗剪鍵數(shù)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(jié)構(gòu)頂部柱間幾乎沒(méi)有位移差，其余樓層的結(jié)構(gòu)平面端部相比平面中部的位移較小，頂部現(xiàn)澆板結(jié)構(gòu)模型的相鄰節(jié)點(diǎn)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(zhì)量差同系數(shù)的差異十分小。

結(jié)語(yǔ)：

通過(guò)對(duì)比計(jì)算不同結(jié)構(gòu)模型的Y向水平剪力和位移分布，得出以下結(jié)論：（1）在多層混凝土框架結(jié)構(gòu)>80%的高度上設(shè)現(xiàn)澆板，可以更好地實(shí)現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)協(xié)調(diào)。（2）在多層混凝土框架結(jié)構(gòu)>80%的高度上設(shè)現(xiàn)澆板，可以讓結(jié)構(gòu)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(gòu)使用全裝配樓板是要注意結(jié)構(gòu)頂部樓板的平面內(nèi)剛度。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]王青，杜志強(qiáng)，王志軍，等.裝配整體式框架-現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及存在的問(wèn)題[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2019，56（4）：23-24.

[3]崔雙雙，呂大剛，宋鵬彥.填充墻和現(xiàn)澆板對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)整體超強(qiáng)的影響研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2014，35（8）：30-36.