填充墙对结构抗侧刚度的主要影响因素及节能材料探讨
现在主流框架结构计算方法是先建立框架结构模型,填充墙以荷载的形式输入,但实际情况与研究均证明填充墙在竖向力作用下为非受力构件,在水平力作用下填充墙实际上是一种受力构件,文章同时考虑其质量与刚度。
资源缺乏已经成为了一个全球性的问题,建设绿色节能型建筑已经成为未来建筑发展的重要方向。
文章主要从建筑材料方面进行说明,以Midas gen[1]建立以蒸压粉煤灰砖、灰砂砖、混凝土空心砌块为材料的填充墙,通过层间位移、周期等方面进行比较蒸压粉煤灰砖、灰砂砖、混凝土空心砌块等材料组成的填充墙与普通烧结砖填充墙性能的差别,从理论数据方面得出普通烧结砖是可以替代的。
标签:框架填充墙结构;建筑节能;抗侧刚度;自振周期
建立5个6层一边5跨一边3跨的模型,底层高均为3.9m,其余层高为3m。
框架柱距为6m,框架梁尺寸:650mm×250mm,框架柱尺寸:500mm×500mm,楼板厚度为120mm,填充墙厚度为240mm;梁、柱、板混凝土强度C30[2,3];通过分析由不同填充墻材料组成的模型1、2、3、4、5,得到不同填充墙材料对结构自振周期、层位移等特性的影响[4],得出相对经济、适用的良好代替普通烧结砖的材料。
通过上述分析得到:
(1)通过对模型3~模型5与模型2进行比较得知:对于不同的填充墙材料,由于各自的计算弹性模量不同,从而使得计算模型用的刚度不同;各自的容重大小不同,从而使得填充墙体质量不同;通过两方面的影响,得到结构的不同性能的变化情况。
以自振周期举例说明:对于模型3、4,其材料性能相对属于轻质,计算弹性模量为小于模型2普通烧结砖,而容重相差不是很大,但结构自振周期明显增大。
对于模型5,由于混凝土空心小砌块的计算弹性模量很大,虽然此时材料的容重减小很大,但结构自振周期减小仍然很大;这进一步说明填充墙刚度对结构性能的影响。
层间位移表现结果与之类似。
(2)只对模型3和模型4还有模型2进行比较,可以说明在一般设计中考虑的不周全的地方:设计时只考虑填充墙的质量而不直接考虑刚度的影响。
(3)从上面分析得出:在满足结构安全、适用的前提下,填充墙材料应优先选择蒸压粉煤灰砖和灰砂砖,它们的结构刚度相对较低,结构自振周期相对较大,地震作用也相对较小。
同时,比较符合国家可持续发展政策,粘土资源越来越珍贵且不可再生,而粉煤灰和灰砂都是工业废料,经济且资源丰富。
而混凝土产品产生的建筑垃圾比较难处理且其结构自振周期较小,抗侧刚度较大,从而使结构地震力较大,对结构有害,一般不采用。
结论
(1)通过分析,蒸压粉煤灰砖、灰砂砖是较好的替代普通烧结砖的材料,满足安全性、经济性,资源丰富,符合节能减排可持续发展。
(2)通过不同材料填充墙框架结构比较,填充墙刚度对结构性能的影响远远大于其质量的影响,这在设计中是必须予以考虑的。
参考文献
[1]王昌星.MIDAS/Gen应用实例教程及疑难解答[M].中国建筑工业出版社,2010.
[2]建筑抗震设计规范(GB50011-2010).
[3]混凝土结构设计规范(GB50010-2010).
[4]苗凤.填充墙对钢筋混凝土框架结构动力特性的影响[D].湖南大学,2006.4.
[5]张艳敏,姚谦峰.水平地震作用下填充墙框架结构的刚度计算[J].山西建筑,2004年1月30(1):9-11.
[6]杨春侠,侯晓辉.框架填充墙结构刚度计算模型比较[J].福建建材,2011.。