現澆混凝土空心樓蓋高層建筑的抗震性能分析

史翔

摘要：最近正在研究一種新型的現澆混凝土空心樓蓋，以及其優異的抗震性能和其他要求。目前對這種新型樓板抗震性能的研究還不完善，本文為現澆混凝土空心樓蓋為目標，分析了空心樓蓋高層建筑的抗震性能，最后總結了空心樓蓋結構的應力特征和抗震保護的主要方法，提出了相關的抗震措施，除了一些空心樓蓋外，以相關規范和圖譜依據，制定關于結構的抗震措施，提高建筑物的抗震性能。

Abstract： A new type of cast-in-place concrete hollow floor is being studied recently， along with its excellent seismic performance and other requirements. At present， the research on the seismic performance of this new type of slab is still not perfect. This paper aims at the cast-in-place concrete hollow floor， analyzes the seismic performance of the high-rise building with hollow floor， summarizes the stress characteristics and seismic protection method of the hollow floor structure， and proposes related seismic measures. In addition to some hollow floor coverings， based on relevant specifications and maps， the seismic measures on the structure are developed to improve the seismic performance of buildings.

關鍵詞：空心樓蓋;高層建筑;抗震性能分析

Key words： hollow floor;high-rise building;seismic performance analysis

中圖分類號：TU973+.13 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）15-0063-04

0 ?引言

自新世紀以來，經濟持續快速發展，土地有限和價格上漲導致了高樓和摩天大樓的出現。現澆混凝土空心樓蓋結構可滿足傳統建筑結構的要求，滿足業主對大型開放空間、大跨度的需求，也能滿足高層建筑靈活應用空間的要求，因此其具有良好的經濟效益和社會利益。為了減少地震造成的破壞，有必要分析這種新型建筑物的抗震性能。因此本文將研究和分析高層現澆混凝土空心樓蓋結構的抗震性能。

1 ?工程概況

本工程位于山東魯南，當地最高樓，總建筑面積達到6公頃，總共有二十六層。主體結構采用框架結構，效果圖和平面圖如圖1、圖2所示。

2 ?有限元建模分析

本文對該建筑進行有限元分析，本工程地上二十五層，總高度九十四米，底部為辦公樓，頂層是機房，所以整體結構為框架核心筒。最大跨度為9m，不需要采用預應力技術。本文采用Strart7.0進行建模分析，模型如圖3所示。

2.1 反應譜分析

空心樓蓋結構存在空心內膜，所以樓板的剛度不均勻，降低了整體的協調能力。另外，空心板按照比例折算成整板和直接按照空心樓蓋結構進行計算，之間的誤差無法準確衡量，所以，必須采用陣型分解反應譜法進行分析結構的抗震性能。

采用以上模型，并設置三種不同參數進行分析，第一種就是空心樓蓋模型，第二種是板柱模型，第三種是普通樓蓋模型，下面對比較結果進行分析。

2.1.1 側移曲線對比分析

頂層最大側位移如表1，S1、S2、S3分別是三種模型計算下的頂層位移。

分析表1所示，在結構尺寸、層高一樣的情況下，空心樓蓋的頂層側移最小，普通樓蓋的位移最大，可想而知，空心樓蓋的剛度大，位移小，效果很明顯，所以采用空心樓蓋有助于結構安全穩定。

2.1.2 層間位移、位移角結果比較

用有限元分析法計算三種模型下的層間位移和位移角的計算結果，如表2所示。空心樓蓋位移角和層間位移都是最小的，普通樓蓋雖然位移角相差不大，但是層間位移比空心樓蓋大50%，說明結構不夠穩定，剛度不夠，空心樓蓋相對就比較穩定。

2.1.3 自振周期的結果對比

三種模型下的計算結果如表3所示。三種結構形式均符合規范要求，前兩個陣型都是平動，第三個陣型是轉動。對于空心樓蓋，平動轉動分量之和為4%，而普通樓蓋轉動分量為10%，剛好過了規范的零界點，說明轉動分量在普通樓蓋中表現明顯，反而對結構的抗震不利，相反，空心樓蓋對結構的抗震性能有明顯的優勢，陣型符合規范要求，周期穩定。

2.2 現澆混凝土空心樓蓋結構的時程分析

在地震的影響下，空心樓蓋結構的機械性能比板柱結構和普通地板結構更復雜，因為由于中央中空內模的存在，不考慮地板剛度不匹配。振動模式分解反應譜法無法給出這些問題的完整解決方案，也會錯誤地判斷結構的脆弱部分，但是時程分析方法可以很好地解決上述問題。

采用以上模型，并設置三種不同參數進行分析，第一種就是空心樓蓋模型，第二種是板柱模型，第三種是普通樓蓋模型，下面對比較結果進行分析。

2.2.1 多遇地震時程分析

采用Strart有限元分析軟件對其進行多遇地震下的時程分析，計算結果如表4所示。以最大位移角為指標，分析四種不同地震作用下的結構位移，結果顯示空心樓蓋位移為1/1925，很明顯大于普通樓蓋結構和板柱結構，說明空心樓蓋在多遇地震作用的結構抗震性能更優。

2.2.2 罕遇地震時程分析

采用Strart有限元分析軟件對其進行罕遇地震下的時程分析，計算結果如圖4所示。計算在El-centro波坐下的三種計算模型下的樓層剪力，空心樓蓋樓層剪力均大于普通樓蓋和板柱結構。

3 ?空心樓蓋結構的抗震性能設計分析

在靠近柱和暗梁的某些區域中，該區域中的地板需要具有框架梁的力特性并且與框架梁的力相匹配，因為中空地板結構的地板本身成為框架梁的一部分，它足夠剛性以傳遞水平地面運動，并在抵抗地震中發揮有用的作用。此外，柱和柱形成通過暗梁和現澆空心板加固的扁平框架梁，并具有足夠的剛度以傳遞水平地震活動性。因此，抗震加固的關鍵在于板柱節點的延性設計，改善了結構的抗震性能，以確保水平地面運動的可靠傳輸。

3.1 結構性能目標的確定

根據山東魯南茶博園綜合體的實際結構，該項目為現澆混凝土空心樓板的高層結構，需要對場地進行特殊的抗震分析，并對主要部分進行必要的抗震加固措施。結構的抗震性能設定為D級，考慮了各種因素，如抗震加固類別，加固強度，場地條件，結構特性，結構，地震后損失和易于修復。結構在中等地震下具有第三抗震性能等級，結構將受到輕微到中等的破壞。4抗震性能水平接近嚴重損壞。

3.2 針對空心樓蓋結構采取的抗震措施

3.2.1 控制板厚度

現澆空心板是空心樓板結構的主要組成部分，控制板坯厚度直接影響板坯的承載力和結構的橫向剛度。理論上，板坯的厚度，支撐權力和結構的另一面。雖然剛性得到改善，但剛度越大，對地震的影響越大。如果內模是芯，則地板厚度小于180毫米，而不是頂部厚度。板底部的厚度必須至少為40毫米;如果內模是一個盒子，地板的厚度至少為250毫米，板頂部的厚度和底板的厚度至少為50毫米。它小于盒子底部長度的1/150。

3.2.2 限制肋寬

通過在現澆混凝土空心樓板上沿力的方向設置肋條，可以提高結構的穩定性和剛性，并且可以提高結構的抗震性。肋的寬度應為填料高度的1/8至1/3，并應滿足下列要求。當內模為芯時，芯的寬度與芯的外徑之比應為0.2或更大。如果內部類型是盒子，則盒子寬度和盒子高度之間的肋寬度比率應至少為0.25，鋼筋混凝土地板和預應力混凝土地板的肋寬度應至少為70mm它必須小于80mm。

3.2.3 設置暗梁

由于暗梁和現澆空心板形成加強的扁平框架梁，它們具有足夠的剛度來傳遞水平地震動并提高結構的抗震性能，因此空心樓板結構是垂直和水平的必須是沿著柱軸安裝在板上。暗光束尺寸要求如下：暗光束的寬度應該是行的寬度和兩側厚度的1.5倍的總和，暗梁的高度通常與空心板的厚度是相同的。

3.2.4 增加箍筋的數量

通過增加柱末端彎矩大的區域中的箍筋數量，改善了該區域中板材的延展性，提高了結構的抗震性能以及結構的延展性和高度。彎曲過程中部件的混凝土受壓區域改進，與部件結構中的鋼筋數量相似，部件的延展性可以增強結構抗變形性和吸收地震的能力。厚帽區域中混凝土的厚度可以減少最大彎矩處的增強件數量，并增加結構的延展性，以實現結構承受大地震的能力。

圖5是在板柱連接處的柱帽（柱支架）的鋼結構圖，其通過增加箍筋的數量和彎曲鋼筋來抵抗。

4 ?結論

與傳統的地板結構相比，現澆混凝土空心樓蓋結構具有重量輕、寬跨度、無懸伸梁（平頂面，便于房間劃分）、間隙高、成本降低等優點。可以彌補傳統地板結構的缺點，使總體成本降低，從而可以建成更大的應用空間。最近正在研究一種新型的現澆混凝土空心樓蓋，以及優異的抗震性能和其他要求。本文為現澆混凝土空心樓蓋為目標，分析了高層建筑的抗震性能，最后總結了空心樓蓋結構的應力特征和抗震加固的主要部分，提出了相關的抗震措施，供相關工作者參考，提高現澆混凝土空心樓蓋高層建筑的抗震性能。

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