高層建筑復合板結構豎向承重性能數值模擬分析

馮正文

(安徽省住宅產業化促進中心, 安徽 合肥 230601)

0 引 言

隨著人口的增多,為解決人口的住房問題使得近幾年高層建筑不斷被建起。與此同時,高層建筑的安全問題往往受到廣大人民群眾的關心。在城市建設中,裝配式建筑越來越多,裝配結構構件工廠化生產,構件質量易于保證,現場施工簡便、快捷、建筑垃圾少,極大地提高了房屋建設效率,在城市化進程中裝配式結構的優勢逐漸得到廣泛認可[1]。高層建筑復合板結構豎向承重性能作為人們關注的一種也受到了較大的重視。高層建筑復合板結構往往會因突發事件作用導致局部建筑的破環,從而使得相鄰或部分結構也遭到破壞,發生連續性的破壞現象。結構連續性倒塌研究歷經發展,已從最初對結構體系的抗連續性倒塌分析、設計擴展至對節點或構件連接在抗結構連續性倒塌過程的性能研究[2]。通過對高層建筑復合板結構豎向承重性能進行數值模擬分析,驗證了高層建筑復合板結構豎向承重性計算公式及數值模擬相關參數設置的可行性。能夠有效地防止意外事件。

1 豎向承重力計算

通過對高層建筑復合板結構豎向軸壓進行實驗,發現復合板構件的破壞往往是從砂漿面層與鋼邊框破損開始的[3]。在漿面層與鋼邊框絕大部分破損后,復合板構件豎向承重能力明顯降低,實驗操作過程中,發現砂漿面層砂漿面層并沒有明顯的破壞,說明復合板豎向承重能力是以砂漿面和鋼邊框黏結力為主要承載材料的。通過對各組材料進行剛度計算,最后算出復合板結構的豎向承重力,假設結構各個零件間受力均勻,計算出對應的黏度結應力,極限黏結應力為66 kN/m,

計算公式如下：

(1)

式中:γ為極限黏結應力;Nf為砂漿面層軸向壓力;l為構件長度;h為構件高度。

應用極限黏結應力計算不同類型高層建筑復合板的承載強度,從而可以根據砂漿面層在墻板軸向剛度計算中所占比例求出復合板的軸向承載力[4]。

計算結束以后,將計算結果與試驗結果對比,計算結果小于實驗結果,這種算法屬于偏安全的一種計算方法。

2 數值模擬方法分析

在對高層建筑復合板結構進行數值模擬分析時,參考的是復合板構件側向推拉的試驗記錄數據進行的分析,它忽略了復合板構件彎曲導致的變形,主要以構件剪切變形為主要分析對象。在計算數值的模擬時,對于材料的選擇均質材料剪切模量使數值模擬板件與試驗構件側向剛度相等,計算公式見如下：

(2)

式中:F為軸向壓力; Δ為軸向變形;G為材料剪切模量;A為材料截面積;H為墻板試件高度。

在建模時,構件的尺寸保持不變,遵守重量相等的原則,使計算的各類板材與試驗構件的重度相等,材料是彈性剪切模量的2.5倍。

3 數值模擬分析與試驗對比

通過一系列的數值模擬計算與分析,高層建筑模型

一階振型的自振周期T1=0.122 s(以左右水平位移主),二階振型自振周期T2=0.09 s(以前后水平位移為主),高層建筑復合板數值模擬自振周期及振動臺試驗模型周期計算結果見表1。

表1 模型自振周期

兩者相互對比發現,數值模擬高層建筑時高層建筑y向一階振動周期與振動臺試驗結果基本一致,說明復合板的數值模擬參數取值基本合理[5]。而數值模擬時高層建筑x向振動周期大于振動臺試驗結果,這與高層建筑x向復合板結構件開洞較多,但參考完整復合板的數值模擬參數進行建模分析也基本能實現高層建筑模態分析計算。

4 結束語

本文通過對高層建筑復合板承重性進行數值模擬分析,得出了如下結論。

(1)通過試驗發現,高層建筑復合板承重性有很好的豎向承重能力,能夠滿足高層建筑的承載重力要求。

(2)在復合板承重墻板中砂漿面層起到了顯著的蒙皮作用,有砂漿面層的復合板承載力明顯比沒有的強很多。

(3)本文在運算中,通過對復合板豎向承重力計算公式得出的高層建筑復合板承重力比實驗數據要小,根據本文的計算公式進行實際設計安全系數會更高。