鋼筋混凝土空間網格盒式結構的性能分析

摘 要：簡要介紹了鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋盒式結構新體系組成，以武漢某擬建多層廠房工程為例，采用計算分析軟件PKPM建立鋼筋混凝土空間網格盒式結構與常規鋼筋混凝土框架結構模型，從結構的自振周期、樓層位移、經濟技術指標等進行對比分析，進而體現鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋盒式結構的優越性。

關鍵詞：空腹夾層板樓蓋；盒式結構；經濟技術指標；空間剛度

引言

貴州大學馬克儉院士基于節約土地、提高建筑空間使用率，提出了一系列新型多層大跨建筑結構，如鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋結構、裝配整體式空腹夾層板樓蓋結構等。與常規單層廠房相比，新型結構體系能夠明顯提高土地的使用率；與多層框架相比，新體系可以在滿足大跨度條件下，使結構的混凝土量和用鋼量大大降低。

1 工程概況

擬在湖北省武漢市修建一棟鋼筋混凝土正交斜放空腹夾層板樓蓋盒式結構多層廠房，共3層，層高6m，總高為18m，短跨方向為兩跨，跨度均為18m，長跨跨度為48m，平面尺寸為36m×48m。抗震設防烈度6度，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，阻尼比取0.05，基本風壓是0.3kN/m2，風荷載體型系數統一取1.3，地面粗糙度類別為B類。

結構設計所需的荷載主要有：樓面恒荷載為1.5kN/m2（不包括自重），樓面活荷載取5kN/m2，屋面恒載為1.5kN/m2（不包括自重），活載取0.5kN/m2，外墻自重取等效線荷載7.2kN/m；鋼筋為HRB400，梁、柱、板的混凝土均采用C35。盒式結構柱網柱距為3m，網格為3m×sin450=2.121m，板厚取80mm；常規結構柱距為6m，網格寬為3m，板厚取100mm。

鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋盒式結構柱子截面尺寸為600mm×600mm，上、下肋截面尺寸取為350mm×150mm，剪力鍵截面尺寸取為350mm×300mm，邊梁截面尺寸取為400mm×800mm，層間梁截面尺寸取為250mm×200mm。每層布兩道層間梁，各層間梁間距均為2m。

2 力學性能分析

2.1 模態分析

盒式結構和常規結構的前三階自振周期見表3。由表3中數據可知：鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋盒式結構各模態周期均小于常規混凝土框架結構，二者第一階周期比值為1.0360/1.0787=0.96，盒式結構的抗側剛度大于常規結構；兩種結構第一扭轉和第一平動周期的比值均小于《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ 3-2010）3.4.5要求的0.9，滿足規范要求。盒式結構的周期比小于常規結構的周期比，則其抗扭性能好于常規結構。

2.2 樓層位移

圖3是盒式結構與常規結構在多遇地震作用和下的位移曲線。由圖3可知盒式結構在X與Y方向的最大位移均小于常規結構，表明其抗側剛度優于常規結構。

3 經濟技術指標分析

在建筑功能要求和工程造價方面，鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋盒式結構起到很高的良性作用，是一種較常規結構更合理、良好的新型結構。

（1）鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋盒式結構外墻采用現澆脫硫石膏。脫硫石膏是工業固體廢料，我國每年由工廠形成的此類工業石膏約一億噸，石膏作為建筑材料，不僅具有保溫隔熱和防火性能、舒適性高、生產速度快等優點，也可起到環保節能、變廢為寶、可循環利用的作用。

（2）鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋盒式結構的網格式墻架網格劃分小，網格墻架內力分布均勻，節點內力（M，N，V）比常規結構減小很多，如圖4所示。由于其內力分布均勻，使各類構件截面尺寸變小形成小構件網格，鋼筋用量比常規結構少。

（3）本例中，按照結構模型，對兩種模型的混凝土量進行計算，結果見表4，盒式結構與常規結構相比，其總混凝土量下降了（1662.42-1570.40）/1662.42=5.54%。

4 結束語

通過以上對兩種結構的力學性能析和經濟技術指標對比分析，可知：

（1）鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋盒式結構的抗側剛度大于常規混凝土框架結構。

（2）盒式結構將豎向和水平承重構件網格化，使得縱橫向抗側剛度分布更加均勻。

（3）鋼筋混凝土空腹夾層板樓蓋盒式結構同常規混凝土框架結構相比，混凝土量降低了5.54%，既節約資源，又降低了造價，使得其經濟效益較為客觀。

參考文獻

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作者簡介：張震（1989-），男，在讀碩士，研究方向：鋼-混凝土組合結構。