EPS模塊保溫系統結構設計初探

趙 寰

(方略建筑設計有限責任公司，北京 100142)

EPS模塊保溫系統結構設計初探

趙 寰

(方略建筑設計有限責任公司，北京 100142)

EPS模塊保溫系統需要在剪力墻結構原來用砌塊砌筑的部分采用現澆混凝土墻結構，采用等效剛度法結合PKPM軟件分析，初步探討了這種結構的特點及計算方法，論證了這部分結構不能僅當作荷載輸入，還應在PKPM結構計算軟件中按照墻上開洞的方法計算。

綠色建筑，剪力墻結構，抗震

京津冀地區作為環境污染尤其是空氣污染較為嚴重的地區，治理污染保護環境的形式嚴峻。據統計,全球能量的50%消耗于建筑的建造和使用過程。加強建筑的保溫設計，可以有效的減少建筑耗能。2015年7月1日河北省住房和城鄉建筑廳發布了居住建筑節能設計標準，同時批準了EPS模塊現澆混凝土剪力墻保溫系統。筆者進行這種結構設計時，發現這種結構需要在原來使用砌塊砌筑的部分使用現澆鋼筋混凝土墻，這種墻為構造作用，可以設計的較薄。通過研究發現，即便是較薄的混凝土墻對結構的整體剛度仍然有較大影響。不能像對待砌體結構一樣，把這部分結構僅當作荷載輸入。應該把這部分按墻體輸入，并在PKPM結構計算軟件中按照墻上開洞的方法計算。

1 墻體的側向剛度等效

本文采用的墻體側向剛度是指使墻體頂端產生單位側移而需在頂端施加的水平力。

1.1砌體結構剛度計算

如圖1所示,δb為彎曲變形，δs為剪切變形。

δ=δb+δs=h3/12EI+1.2h/0.4AE。

K1=1/δ=E1t1/(h/b)[(h/b)2+3]。

1.2剪力墻結構剛度計算

如圖2所示,δb為彎曲變形，δs為剪切變形。

δ=δb+δs=h3/3EI+1.2h/0.4AE。

K2=1/δ=E2t2/(h/b)[4(h/b)2+3]。

1.3剛度等效

令K1=K2,即：E1t1/(h/b)[(h/b)2+3]=E2t2/(h/b)[4(h/b)2+3]。

根據《建筑抗震設計規范》7.2.3條，不考慮洞口影響。

1

t2/t1=E1/E2×[4(h/b)2+3]/[(h/b)2+3]≈E1/E2×3。

取C20混凝土E2=25 500 MPa，取輕骨料混凝土砌塊砌體。Mb=7.5，MU=10。E1=4 000，t2/t1=0.47,即200厚砌塊墻體取90厚混凝土墻體，剛度是等效的。

本模型沒考慮砌體墻開裂的影響，因為混凝土構造墻剛度較小也可能開裂。

2 計算分析

分析采用PKPM軟件。

模型1采用90厚混凝土構造墻，模型2采用200厚砌塊墻，周期折減系數0.8。

2.1剛度比較

模型1(剪切剛度):RJX1=5.168 9E+07 kN/m，RJY1=5.769 7E+07 kN/m。

模型2:RJX1=5.022 2E+07 kN/m，RJY1=5.603 3E+07 kN/m。

標準層總剛度較為接近，表明等效可行。

2.2周期比較

模型1:第一平動周期：0.622 2，第二平動周期：0.548 6。

第一扭轉周期：0.444 3。

模型2:第一平動周期：0.726 5，第二平動周期：0.643 1。

第一扭轉周期：0.545 6。

等效模型周期變短，普遍減少0.1 s。改變周期折減系數對周期值沒有影響。即軟件計算周期時沒有考慮砌體結構剛度。但是改變周期折減系數地震作用力增大了。

2.3位移比較

模型1:X方向地震作用下的最大層間位移角:1/1 659。

Y方向地震作用下的最大層間位移角:1/2 640。

X方向最大位移與層平均位移的比值:1.03。

Y方向最大位移與層平均位移的比值:1.08。

模型2:X方向地震作用下的最大層間位移角:1/1 721。

Y方向地震作用下的最大層間位移角:1/1 874。

X方向最大位移與層平均位移的比值:1.05。

Y方向最大位移與層平均位移的比值:1.02。

位移相差較大，改變周期折減系數影響不大。之所以出現這種情況，筆者認為主要有兩個原因:1)現行規范對填充墻大部分情況只考慮重量而不計算其剛度，將計算所得框架房屋的基本周期采用調整系數予以降低，由計算之地震荷載全部分配給所有框架，而不考慮填充墻本身承受地震荷載的能力。實際上為了防止填充墻在地震時倒塌，現行規范用加拉接筋、圈梁、構造柱等方法加強了其與整體的連接和其自身的強度。本文未考慮質量的變化，也是因為可在周期折減系數體現這種影響。2)在PKPM軟件中連梁按洞口輸入和按梁輸入對計算結果有影響。

綜上所述，EPS模塊現澆混凝土剪力墻結構計算時應該把構造混凝土墻按實際情況輸入，在PKPM結構計算軟件中采用墻上開洞的方法計算。本文通過初步分析證實PS模塊現澆混凝土剪力墻結構是一種獨特的結構形式，應從規范的角度并結合結構計算軟件的應用進行進一步分析。

3 結語

本文從基本結構概念的角度并結合PKPM軟件的實際情況對EPS模塊現澆混凝土剪力墻保溫系統特點進行了初步分析并提出了計算方法。筆者認為該系統雖然滿足了節能設計標準的要求，但是由于部分部位用鋼筋混凝土代替了砌體結構，在建筑材料生產中造成了更大的資源消耗，綠色建筑的要求是針對建筑全生命周期的，所以該體系仍存在改進的余地。比如對原建筑砌塊部分采用預制隔墻等方法。其實相關廠家有相應產品，但是存在應用在特定部分例如廚房衛生間剛度不足和不滿足防火要求等缺點。從更為基本的方面考慮之所以出現這些問題，主要是因為現行抗震概念還是以抗為主，剪力墻結構就是這種觀念的代表，造成了較大的資源消耗，而以減震耗能為主，主要采用鋼結構、預制構件的結構體系更符合未來綠色建筑的要求。

[1] GB 50003—2011,砌體結構設計規范[S].

[2] GB 50011—2010,建筑抗震設計規范[S].

[3] 楊春俠,侯曉輝.框架填充墻結構剛度計算模型比較[J].福建建材，2011(1)：40-41.

[4] 郝艷娥,蘭永強.砌體結構中墻體側移剛度的計算及規范應用[J].江西建材，2014(13)：37.

InitialconstructiondesignofEPSmodulethermalinsulationsystem

ZhaoHuan

(FanglveArchitectureStudio,Beijing100142,China)

When we use EPS module thermal insulation system, concrete wall are substituted for block wall. Has touched on feature of this construction and method of calculate by equivalent stiffness method and PKPM, and discover it can’t be input as load, it should use the method of hole-in-the-wall to calculate by PKPM.

green building, shear wall structure, earthquake resistant

TU318

A

1009-6825(2017)27-0040-02

2017-07-17

趙 寰(1977- )，男，工程師