關于薄弱連接樓板的抗震性能分析

陳旭元

摘 ? 要：近年來，隨著我國建筑施工技術的發展，高層建筑物的復雜體型越來越常見，這種建筑結構設計中，樓板局部容易存在開洞或不連續現象。基于此，本文以薄弱連接樓板作為研究對象，根據薄弱連接樓板的研究現狀和工程概況分析，分別從樓板振動特性、應力分布、中震下樓板設計等方面闡述薄弱連接樓板的抗震性能，并通過薄弱連接樓板厚度與材料強度探究其對結構抗震性能的影響。

關鍵詞：薄弱連接 ?樓板結構 ?抗震性能

中圖分類號：TU352.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（c）-0132-02

薄弱連接樓板在承受豎向荷載時，還需要承擔傳遞水平荷載作用到抗側力體系上。結合相關研究表明，現如今的簡化設計無法有效應用在高層建筑復雜結構的薄弱連接樓板中，因此，本文以使用了分塊剛性模型，應用時程分析法計算出薄弱連接樓板的內力，并對其抗震性能展開分析，為薄弱連接樓板的結構優化設計提供參考依據。

1 ?薄弱連接樓板研究現狀

1.1 現狀分析

薄弱連接樓板在建筑結構中可以將豎向荷載分配到梁柱上，樓板與屋蓋之間可以相互協調變形，提高建筑結構的整體性，這也是多重抗側力體系可以有效應用的關鍵原因。但是當前豎向荷載的受力構件在地震下無法保證其可靠性，研究人員和施工單位沒有重視現澆混凝土樓板的應用，薄弱連接樓板設計依然為豎向荷載作用。早前有人應用pSEA方法加以分析，考慮了豎向荷載和水平荷載產生的樓板應力與平面內應力對建筑結構的影響，得知框架剪力墻下，水平內力將成倍遞增，復雜結構高層建筑中，對薄弱連接樓板的深入分析尤為關鍵。本文以使用有限元分析軟件建立模型，同時用到時程分析法探究薄弱連接樓板的內力，將其與反應譜法結果相比較，對類似的建筑樓板提出了可靠的設計建議[1]。

1.2 工程概況

某工程建筑施工中，建筑物采用了框架結構體系，抗震設防為7度。屋面部分樓板設置了中層采光棚頂，頂部為鋼結構屋蓋，樓板被劃分為幾塊。由于樓板屬于剛性樓板，結構在前三階模態中體現出整體振動，但頂部樓板建筑結構復雜，特別是剛性模型被分塊后，前三階振動表現為局部振動。這說明剛性樓板的假定已經不適合用在復雜結構下的薄弱連接樓板研究，高階局部振型在復雜建筑結構內作用較為顯著。

2 ?薄弱連接樓板的抗震性能分析

2.1 樓板的振動特性

薄弱連接樓板兩端主體結構能夠自由振動。當地震發生時，在地震波的影響下，建筑主體結構會反向運動，以此增加薄弱連接樓板的平面內應力，這一內應力的產生與結構兩端主體變形有關。應用ETABS計算得知有關內容，了解薄弱連接樓板的連接處，地震波作用下，第一階反向振型發生在0.472s左右;第二階反向振型發生在0.356s左右[2]。

2.2 應力分布

分析薄弱連接樓板的應力分布情況，將頂層樓板的厚度設定為200mm時，對于時程分析與反應譜分析結果。經研究發現，時程分析法得到薄弱連接樓板的應力比反應譜法高，例如El Centro波，13.42s時薄弱連接樓板的局部最大為2.93MPa。反應譜法中該時間的應力為1.26MPa。對比兩種結果，二者的薄弱連接樓板應力值相差了2.33倍。

2.3 中震下樓板設計

分析建筑物在地震中，薄弱連接樓板從頭到尾都在傳遞與分配水平力，并對該樓層內豎向結構件的變形情況加以協調。復雜結構的建筑樓板中，確定薄弱連接樓板的抗震性能目標主要如下：小型地震作用下達到抗震性能水準1a;中型地震作用下達到抗震性能水準1b;大型地震作用下達到抗爭性能水準2.薄弱連接樓板的抗地震設計中，不僅要考慮到豎向力影響下平面外彎矩、扭矩、橫向剪力，還需要結合傳遞水平力時造成的剪力與軸力，綜合分析薄弱連接樓板的抗震性能。

以中型地震的設防水準為例，建筑結構中有個別構建具有塑性，但仍然可以近似為建筑結構整體為彈性。這時應力為S中震≤βRSS小震。其中，β代表的是中震的放大系數，取值為0.15g/0.055g=2.72;RS代表的是非線性修正系數，在本文中取值為0.9。這一狀態下，允許薄弱連接樓板在震后維修裂縫，但鋼筋混凝土建筑樓板內的主拉應力值需要滿足該公式：

。其中，左邊部分表示的為中震環境下混凝土樓板主拉應力設計值;fY和γR分別代表的是薄弱連接樓板中鋼筋屈服強度和承載力抗震調整系數;ASV和ASH分別代表的是y向鋼筋面積與s向鋼筋面積;Sh與SV代表的為x向鋼筋間距和y向鋼筋間距;d為薄弱連接樓板厚度;α為主拉應力方向和x軸的夾角。

取值鋼筋間距為100mm，當薄弱連接樓板的厚度達到200mm時，能夠計算出鋼筋面積。反應譜法中鋼筋面積為1126m2，時程分析法中鋼筋面積為2593mm2。

2.4 參數分析

2.4.1 樓板厚度影響

將兩種不同厚度的薄弱連接樓板進行比較，其中一種薄弱連接樓板厚度為200mm，另一種薄弱連接樓板的厚度為400mm。200mm的樓板中反應譜法的最大剪應力為0.15MPa，時程分析法的最大剪應力為3.17MPa;主拉應力方面，反應譜法為1.51MPa，時程分析法為3.45MPa。400mm的薄弱連接樓板中，反應譜法和時程分析法的最大剪應力分別為0.27與2.01MPa;主拉應力分別為1.25與2.27MPa。分析此時的鋼筋面積，具體如下：200mm薄弱連接樓板中，反應譜法與時程分析法的主拉應力設計值分別為4.77MPa與10.98MPa，鋼筋面積為1126與2593mm2。400mm薄弱連接樓板中，主拉應力設計值分別為3.98與7.22MPa，鋼筋面積為940與1705mm2。

2.4.2 材料強度影響

分析材料強度對薄弱連接樓板抗震性能產生的影響，當薄弱連接樓板厚度取值為200mm時，分析混凝土強度對薄弱連接樓板配筋產生的影響。具體如下：C30強度的混凝土中，反應譜法下主拉應力為4.77MPa，配筋面積為1126mm2;時程分析法下主拉應力為10.98MPa，配筋面積為2593mm2;C40強度混凝土中，反應譜法下薄弱連接樓板主拉應力為3.99MPa，配筋面積為942mm2，時程分析法中樓板主拉應力為7.85MPa，配筋面積為1854mm2。

經分析得知，增加薄弱連接樓板寬度可以有效改善樓板的力學性能，提升材料強度也有相應的效果。如果采用增加薄弱連接樓板厚度的方法來強化連接板，樓板結構自身自重與造價會提升，因此在建筑施工中不建議采用增加樓板厚度的辦法來強化其抗震性能。反應譜法也被稱為振型分解反應譜法，這種方法不適合用在分塊狀態下的剛性模型、多塔樓大底盤模型的薄弱連接樓板應力分析中[3]。對于高層建筑的復雜體型結構，為了了解薄弱連接樓板的實際抗震性能，建議使用時程分析法。對于結構較為復雜的建筑樓板，由于薄弱連接樓板需要傳遞與分配水平力，并起到抗側力體系變形的協調作用，建議施工人員在樓板的薄弱部位進行抗震性能指標研究，盡可能提升指標，并綜合考慮水平力下的軸力與剪力。

3 ?結語

總而言之，分析建筑工程施工中薄弱連接樓板的相關設計參數，得知增加薄弱連接樓板的寬度、提高材料強度可以有效強化連接板的受力現狀，改善薄弱連接樓板內部應力分布，提高樓板在地震發生時的抗震性能。實際施工中，要求施工單位綜合施工現場情況，結合總施工成本支出，分析該地區的地理條件與地震響應情況，慎重采用各類研究方法，確保薄弱連接樓板抗震性能得到保證，延長建筑結構使用壽命。

參考文獻

[1] 楊青.高層建筑結構性能設計及其薄弱連接的研究[D].華南理工大學，2016.

[2] 夏林，沈淳.薄弱連接樓板抗震性能分析[J].建筑結構，2017，41（S1）：116-119.

[3] 劉宬，王耀龍.平面不規則結構中薄弱連接樓板的抗震設計[J].建筑結構，2009，39（S1）：562-565.