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【摘要】本文从一实际六层轻钢结构住宅的外墙围护材料——蒸压加气混凝土板(NALC板)入手,采用有限元分析程序分析该板材在六度、七度、八度多遇地震作用下的底部剪力、楼层位移及层间位移角的变化情况。分析结果表明:考虑NALC板的作用能有效的提高结构的抗侧刚度,结构的楼层位移及层间位移角得到了有效的控制。
【关键词】轻钢住宅;NALC板;抗震性能;反应谱法;时程分析法
The Influence of Anti-Seismic of Retaining Board on Multilayer Lightweight Steel Residential
Wang Xiao-lei1,Li Zhi-xue3,Yang Xiao-ming2
(1.Qingdao Technological University;School of Civil EngineerQingdaoShandong266033;
2. Qingdao Technological University;Architectural and Technological CompanyQingdaoShandong266033;
3.Qingdao Tourism Planning & Architecture Designing InstitutionQingdaoShandong266073)
【Abstract】This article starts with Naj Autoclaved Lightweight Concrete(NALC board) which is used for exterior wall retaining material of a six-layer lightweight steel structure residential and analyzes the change of plank of the bottom shear, storey displacement, inter-storey displacement angle under the condition of 8 frequent seismic force using finite element analysis. The result shows that considering the role of NALC board can effectively improve the rigidity, and the storey displacement and inter-storey displacement angle can be effectively controlled.
【Key words】 lightweight steel residential;NALC board;Seismic behavior;Response spectrum analysis;Time history analysis
轻钢结构住宅的外墙围护材料多采用水泥加气发泡类材料、轻质混凝土空心材料、轻钢龙骨复合墙体材料等[1],这些材料往往以其良好的性能参与到实际结构的受力中去,而在结构设计阶段忽略了这部分围护材料的作用。本文从一实际六层轻钢结构住宅的外墙围护材料——蒸压加气混凝土板(NALC板)入手,采用有限元分析程序分析该板材对结构抗震性能的影响。
1.工程概况
本文选取一六层轻钢结构住宅,纵向12m,横向34.2m,1~5层层高为3.15m,顶层阁楼层高为2.5m。住宅的外墙围护材料采用NALC板,本文主要考虑这部分板材对结构抗震的影响,结构的平面布置如图1所示。
2. NALC板的选型及地震波的選取
2.1NALC板的选型。
根据图集03SG715-1[2]附录A.2.2条规定,选择本工程所用的NALC板为:框架柱间距-20mm(长)×600(宽)×150(厚)。根据所选用的NALC板的规格及其配筋率计算NALC板的各向力学参数[3],如表1所示。
2.2地震波的选取。
根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)5.1.2条规定,结合地震动分析的三要素:频谱特征、有效峰值和持续时间,参考相关文献[4]-[5],选择适合本模型的三条地震波:EL Centro波(记录时间间隔为0.02s,峰值加速度为341.7mm/s2)、tar-TARZANA-360-nor波(记录时间间隔为0.02s,峰值加速度为847.6mm/s2)、兰州1波(记录时间间隔为0.02s,峰值加速度为196.2mm/s2)。
3. 抗震性能分析
笔者采用有限元分析程序对6度、7度、8度多遇地震力作用下的NALC板的抗震性能进行研究分析,鉴于三种地震力作用下板材具有相似的地震反应,本文选取8度多遇地震力进行阐述。
3.1底部剪力。
8度地震力作用下,有、无NALC时两种结构的底部剪力值详见表2、表3。
将上表中的数据进行对比可见,考虑NALC板作用时,结构的底部剪力呈增大趋势,这是由于考虑NALC板作用时结构的自震周期变小,引起结构的底部剪力值变大。
带NALC板结构的底部剪力时程分析结果为:EL Centro波X向增幅53.4%,Y向增幅54.7%;tar-TARZANA-360-nor波X向增幅40.3%,Y向增幅59.1%;兰州1波X向增幅-35.6%,Y向增幅6.3%,三条地震波的底部剪力X向平均增幅为19.4%,Y向平均增幅为40.0%。反应谱分析结果为:X向增幅36.3%,Y向增幅55.4%,时程分析与反应谱分析的结果吻合。故考虑NALC板作用,8度多遇地震力作用下原结构的X向底部剪力增幅为19.4%~36.3%,Y向底部剪力增幅为40.0%~55.4%。
图1结构平面布置图
3.2楼层位移及层间位移角。
8度多遇地震力作用下,有、无NALC时两种结构的楼层位移详见表4~表7。
从表4~表7对比可见,原结构在考虑NALC板作用时楼层位移出现了不同程度的减少,三条地震波时程分析的位移变化情况为:EL Centro波X向减幅9.3%,Y向的减幅35.6%;tra-TARZANA-360-nor波X向减幅27.4%,Y向减幅32.7%;兰州1波X向减幅71.3%,Y向减幅54.1%,三条地震波X向平均减幅为36%,Y向平均减幅为40.8%。反应谱分析结果为:X向减幅26.4%,Y向减幅35.6%,时程分析与反应谱分析结果基本吻合。故考虑NALC板作用时,8度多遇地震力作用下原结构的X向位移减幅为26.4%~36%,Y向位移减幅为35.6%~40.8%,原结构的位移得到很大程度的控制。
通过表4~表7的数据计算结构的层间位移角的变化情况,时程分析结果为:EL Centro波X向位移角减幅4.6%,Y向位移角减幅度40.5%;tra-TARZANA-360-nor波X向位移角减幅30.9%,Y 40.6%;兰州1波X向位移角减幅70.5%,Y向位移角减幅度56.6%,三条地震波X向平均减幅度为35.3%,Y向平均减幅度为45.9%。反应谱分析结果为:X向减幅度37.1%,Y向减幅度39.9%,时程分析与反应谱分析结果基本吻合。故考虑NALC板作用时,8度多遇地震力作用下原结构的X向位移角减幅为35.3%~37.1%,原结构Y向位移角减幅39.9%~45.9%,原结构的位移角得到了有效的控制。
4. 结论
(1)考虑NALC板作用后结构的底部总剪力呈增大趋势,两个方向的增幅为:X向增加了19.4%~36.3%,Y向增加了40.0%~55.4%。
(2)考虑NALC板作用后结构的楼层位移及层间位移角呈减小趋势,楼层位移的减幅为:X向位移减少了26.4%~36%,Y向位移减少了35.6%~40.8%;楼层位移角减幅为:X向位移角减少了35.3%~37.1%,Y向位移角减少了39.9%~45.9%。由此可见,考虑NALC板作用后,原结构的楼层位移及位移角得到了很大程度的控制。
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建筑部.轻型钢结构住宅技术规程(JGJ209-2010).北京:中国建筑工业出版社,2010.
Ministry of Housing and Urban-Rural Development of PRC. Technical specification for lightweight residential buildings of steel .
structure. Beijing: China Architecture & Building Press,2010.
[2]中国建筑标准设计研究所,南京旭建新型建筑材料公司.蒸压加气混凝土板(NALC板)构造详图(03SG715-1).2003.
China Institute of Building Standard Design & Research, Nanjing Ashai New Building Materials Company. Autoclaved Lightweight.
Concrete(NALC board) construction detailing(03SG715-1). 2003.
[3]程選生,杜永峰.正交各向异性钢筋混凝土板结构弹性常数的确定.四川建筑科学研究,2006, 32(5)
Cheng Xuan-sheng, Du Yong-feng. Orthogonal Anisotropic Plate Structure of Reinforced Concrete Elastic Constants. Building science research of Sichuan, 2006, 32(5).
[4]白峻昶,靳金平.时程分析用地震波选取探讨.山西建筑,Vol.33 No.3 Jan.2007.
Bai Jun-chang, Jin Jin-ping. Time-history Analysis of Seismic wave for selection. Shanxi Architecture, Vol.33 No.3 Jan.2007.
[5]胡文源,邹晋华.时程分析法中有关地震波选取的几个注意问题.南方冶金学院学报Vol.24 No.4 Jul.2003.
Hu Wen-hua, Zou Jin-hua. The Selection Problems of Time-history Method about Seismic Wave. The Journal of Southern Metallurgy .
College. Vol.24 No.4 Jul.2003.
[文章编号]1006-7619(2011)12-11-233
[作者简介] 王晓磊(1985-),男,汉族,籍贯:山东烟台,学历:硕士研究生,研究方向:结构工程。
【关键词】轻钢住宅;NALC板;抗震性能;反应谱法;时程分析法
The Influence of Anti-Seismic of Retaining Board on Multilayer Lightweight Steel Residential
Wang Xiao-lei1,Li Zhi-xue3,Yang Xiao-ming2
(1.Qingdao Technological University;School of Civil EngineerQingdaoShandong266033;
2. Qingdao Technological University;Architectural and Technological CompanyQingdaoShandong266033;
3.Qingdao Tourism Planning & Architecture Designing InstitutionQingdaoShandong266073)
【Abstract】This article starts with Naj Autoclaved Lightweight Concrete(NALC board) which is used for exterior wall retaining material of a six-layer lightweight steel structure residential and analyzes the change of plank of the bottom shear, storey displacement, inter-storey displacement angle under the condition of 8 frequent seismic force using finite element analysis. The result shows that considering the role of NALC board can effectively improve the rigidity, and the storey displacement and inter-storey displacement angle can be effectively controlled.
【Key words】 lightweight steel residential;NALC board;Seismic behavior;Response spectrum analysis;Time history analysis
轻钢结构住宅的外墙围护材料多采用水泥加气发泡类材料、轻质混凝土空心材料、轻钢龙骨复合墙体材料等[1],这些材料往往以其良好的性能参与到实际结构的受力中去,而在结构设计阶段忽略了这部分围护材料的作用。本文从一实际六层轻钢结构住宅的外墙围护材料——蒸压加气混凝土板(NALC板)入手,采用有限元分析程序分析该板材对结构抗震性能的影响。
1.工程概况
本文选取一六层轻钢结构住宅,纵向12m,横向34.2m,1~5层层高为3.15m,顶层阁楼层高为2.5m。住宅的外墙围护材料采用NALC板,本文主要考虑这部分板材对结构抗震的影响,结构的平面布置如图1所示。
2. NALC板的选型及地震波的選取
2.1NALC板的选型。
根据图集03SG715-1[2]附录A.2.2条规定,选择本工程所用的NALC板为:框架柱间距-20mm(长)×600(宽)×150(厚)。根据所选用的NALC板的规格及其配筋率计算NALC板的各向力学参数[3],如表1所示。
2.2地震波的选取。
根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)5.1.2条规定,结合地震动分析的三要素:频谱特征、有效峰值和持续时间,参考相关文献[4]-[5],选择适合本模型的三条地震波:EL Centro波(记录时间间隔为0.02s,峰值加速度为341.7mm/s2)、tar-TARZANA-360-nor波(记录时间间隔为0.02s,峰值加速度为847.6mm/s2)、兰州1波(记录时间间隔为0.02s,峰值加速度为196.2mm/s2)。
3. 抗震性能分析
笔者采用有限元分析程序对6度、7度、8度多遇地震力作用下的NALC板的抗震性能进行研究分析,鉴于三种地震力作用下板材具有相似的地震反应,本文选取8度多遇地震力进行阐述。
3.1底部剪力。
8度地震力作用下,有、无NALC时两种结构的底部剪力值详见表2、表3。
将上表中的数据进行对比可见,考虑NALC板作用时,结构的底部剪力呈增大趋势,这是由于考虑NALC板作用时结构的自震周期变小,引起结构的底部剪力值变大。
带NALC板结构的底部剪力时程分析结果为:EL Centro波X向增幅53.4%,Y向增幅54.7%;tar-TARZANA-360-nor波X向增幅40.3%,Y向增幅59.1%;兰州1波X向增幅-35.6%,Y向增幅6.3%,三条地震波的底部剪力X向平均增幅为19.4%,Y向平均增幅为40.0%。反应谱分析结果为:X向增幅36.3%,Y向增幅55.4%,时程分析与反应谱分析的结果吻合。故考虑NALC板作用,8度多遇地震力作用下原结构的X向底部剪力增幅为19.4%~36.3%,Y向底部剪力增幅为40.0%~55.4%。
图1结构平面布置图
3.2楼层位移及层间位移角。
8度多遇地震力作用下,有、无NALC时两种结构的楼层位移详见表4~表7。
从表4~表7对比可见,原结构在考虑NALC板作用时楼层位移出现了不同程度的减少,三条地震波时程分析的位移变化情况为:EL Centro波X向减幅9.3%,Y向的减幅35.6%;tra-TARZANA-360-nor波X向减幅27.4%,Y向减幅32.7%;兰州1波X向减幅71.3%,Y向减幅54.1%,三条地震波X向平均减幅为36%,Y向平均减幅为40.8%。反应谱分析结果为:X向减幅26.4%,Y向减幅35.6%,时程分析与反应谱分析结果基本吻合。故考虑NALC板作用时,8度多遇地震力作用下原结构的X向位移减幅为26.4%~36%,Y向位移减幅为35.6%~40.8%,原结构的位移得到很大程度的控制。
通过表4~表7的数据计算结构的层间位移角的变化情况,时程分析结果为:EL Centro波X向位移角减幅4.6%,Y向位移角减幅度40.5%;tra-TARZANA-360-nor波X向位移角减幅30.9%,Y 40.6%;兰州1波X向位移角减幅70.5%,Y向位移角减幅度56.6%,三条地震波X向平均减幅度为35.3%,Y向平均减幅度为45.9%。反应谱分析结果为:X向减幅度37.1%,Y向减幅度39.9%,时程分析与反应谱分析结果基本吻合。故考虑NALC板作用时,8度多遇地震力作用下原结构的X向位移角减幅为35.3%~37.1%,原结构Y向位移角减幅39.9%~45.9%,原结构的位移角得到了有效的控制。
4. 结论
(1)考虑NALC板作用后结构的底部总剪力呈增大趋势,两个方向的增幅为:X向增加了19.4%~36.3%,Y向增加了40.0%~55.4%。
(2)考虑NALC板作用后结构的楼层位移及层间位移角呈减小趋势,楼层位移的减幅为:X向位移减少了26.4%~36%,Y向位移减少了35.6%~40.8%;楼层位移角减幅为:X向位移角减少了35.3%~37.1%,Y向位移角减少了39.9%~45.9%。由此可见,考虑NALC板作用后,原结构的楼层位移及位移角得到了很大程度的控制。
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建筑部.轻型钢结构住宅技术规程(JGJ209-2010).北京:中国建筑工业出版社,2010.
Ministry of Housing and Urban-Rural Development of PRC. Technical specification for lightweight residential buildings of steel .
structure. Beijing: China Architecture & Building Press,2010.
[2]中国建筑标准设计研究所,南京旭建新型建筑材料公司.蒸压加气混凝土板(NALC板)构造详图(03SG715-1).2003.
China Institute of Building Standard Design & Research, Nanjing Ashai New Building Materials Company. Autoclaved Lightweight.
Concrete(NALC board) construction detailing(03SG715-1). 2003.
[3]程選生,杜永峰.正交各向异性钢筋混凝土板结构弹性常数的确定.四川建筑科学研究,2006, 32(5)
Cheng Xuan-sheng, Du Yong-feng. Orthogonal Anisotropic Plate Structure of Reinforced Concrete Elastic Constants. Building science research of Sichuan, 2006, 32(5).
[4]白峻昶,靳金平.时程分析用地震波选取探讨.山西建筑,Vol.33 No.3 Jan.2007.
Bai Jun-chang, Jin Jin-ping. Time-history Analysis of Seismic wave for selection. Shanxi Architecture, Vol.33 No.3 Jan.2007.
[5]胡文源,邹晋华.时程分析法中有关地震波选取的几个注意问题.南方冶金学院学报Vol.24 No.4 Jul.2003.
Hu Wen-hua, Zou Jin-hua. The Selection Problems of Time-history Method about Seismic Wave. The Journal of Southern Metallurgy .
College. Vol.24 No.4 Jul.2003.
[文章编号]1006-7619(2011)12-11-233
[作者简介] 王晓磊(1985-),男,汉族,籍贯:山东烟台,学历:硕士研究生,研究方向:结构工程。