自密实自保温混凝土住宅抗震性能分析.pdf

5 8 低温建筑技术 2 0 1 5年第 1期( 总第 1 9 9期) D OI ： 1 0 1 3 9 0 5 j c n k i d w j z 2 0 1 5 0 1 0 2 0 自密实 自保温混凝土住宅抗震性能分析 傅挺挺 ， 李旭恒 ( 1 浙江大学土木工程 系。 杭州3 1 0 0 5 8； 2 杭州汽轮工程股份有限公司 ， 杭 州3 1 0 0 0 0) 【 摘要】 多层住宅在城镇化建设过程中占据了相当大的比重， 多层住宅的保温作法是在主体结构形成以 后 ， 再粘贴或涂抹保温材料。这种作法不仅加大了建造成本， 而且不利于建筑物结构受力和安全。基于以上背 景 ， 本文对自密实自保温混凝土进行了研究 ， 利用 A n s y s 软件， 对 自密实 自保温混凝土多层住宅在地震作用下的抗 震性能进行了分析， 结果表明陶粒混凝土剪力墙结构比普通混凝土柔性更好 ， 变形能力强， 有利于结构抗震。它 不仅能满足抗震要求， 且具有更好的抗震性能。因此， 自密实 自保温混凝土作为多层住宅结构的材料， 既能满足 抗震要求， 又能满足保温要求， 具有重大的推广价值。 【 关键词】 自密实； 自保温； 陶粒； 混凝土 ； 抗震性能 【 中图分类号】 T U 3 5 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 5 8 0 3 近年来， 我国住宅产业迅速发展， 新型墙体材料 逐步替代粘土砖， 它具有保护耕地、 节约能源、 改善建 筑功能、 治理环境污染等重大社会和经济效益， 是城 市可持续 发展 的需 要 。建筑 能 耗包括 了二方 面 的 内容： 一是建造工程的能耗， 主要是指建筑材料构、 配 件、 设备的生产和运输 ， 以及施工、 安装 中的能耗 ； 二 是使用过程的能耗， 包括了建筑在采暖、 照明、 家用电 器和热水供应 中的能耗 。 现在其常用的保温方式有外保温和内保温两种 方式 。基于以上， 若采用混凝土直接保温的方式 ， 可以满足建筑节能 5 0 的要求 ， 而轻骨料混凝土由于 其导热系数比较小 ， 具有 良好的保温性能， 可行性研 究表明其直接用来保温 。 1 工程及模 型简介 本文研究的 目的在于对 比不 同强度的 自密实 自 保温混凝土剪 力 墙结 构 和普通 混凝 土剪 力墙 结 构在 地震作用 下 的动 力特 性 。以某 典 型住宅 楼 结 构设 计建模 ， 结构为 6层， 层高均为 3 0 m。工程抗震设防 烈度 7度 ， 设计地震分组为第一组 ， 设计基本地震加速 度 0 2 0 g ， 特征周期0 4 0 s ， 建筑场地类别为第二类。 由于陶粒混凝土的弹性模量及容重都小于普通 混凝土， 因此在建立模型时采取了以下假设 ： 模型 均按同比例缩小， 可使 自由度降低到 A N S Y S可运算的 范围， 同时可以保证墙体的网格划分疏密相同， 保证 结果的可比性 ； 结构布置均相同， 且规则、 简单。 有限元分析计算过程中采用的是 s h e l l 6 3板壳单 元和 b e a m 4梁单元。模 型如图 1 所示。 2结构静力特性分析 A N S Y S程序 中的结 构静力 分 析是计 算 在 固定不 变的载荷情况下结 构 的效应 ， 即 由于稳态 外载 荷引起 的系统或部件 的位移 、 应力 、 应变和力 。一般情况下， 表 1 模型 1 6参数 图1 剪力墙整体模型 结构静力分析不考虑惯性和阻尼的影响， 适合求解惯 性即阻尼的时间相关作用对结构响应 的影响并不显 著地问题 。分析结果 如下图所示。 由图 2一图 7可 知 ， 模 型 1 ， 3 ， 5的 z向最 大变形 分 别都大 于模型 2 ， 4 ， 6的 z向最 大变形外 ， 由此可见 ， 陶粒混凝 土的变形大 于普通混凝 土 ， 这是 由于 陶粒混 凝土的容重和弹性模量都小于普通混凝土。 3模态分析 A N S Y S中模态分析的求解方法总共有 7种 ， 本文采 用 B l o c k L a n c z o s 法。建立有 限元模型后 ， 首先对模型进 行了模态分析与计算。由于该三维结构模型节点多， 自 由度数大， 振型多 ， 模态分析时利用分块 L a n c z o s 法反复 f 1I； 挺挺等 ： 一密实 自保温混凝土 宅抗震 能分析 5 9 圉 一 ： ， ： 二 ： = 二 向模 型1 的变形云图 y 向模型 1 的变形 云图 向模型5 的变形云图 y 向模型5 的变形云图 图2 、 。 向模型1 的变形云 图 向模型2 的变形云图 y 向模型2 的变形云图 图3 、y 、z 向模型2 的变形云图 叠 向模型3 的变形云图 向模型3 的变形 云图 图4 、Y 、 向模型3 的变形云图 一 一 ： ： 向模 型4 的变形云图 y 向模型4 的变形云图 图5 、y 、： 向模型4 的变形云图 汁算 ， 质量矩阵采用 分布( 一致 ) 质量阵 ， 利用频域选 项， 分别对前 5阶模态进行了分析。频率模型 l 6 的前 5阶模态的频率值如表 1 所示 ； 振型参与系数 如 表 2 表7所示( 限于篇幅， A n s y s 截图略去) 。 由表 l表 7可看 出 ： 六个 模型 的振 型第一 阶 以 、 ) ， 两 个方 向平 动为主 ， 第 二 、 四阶 以 方 向平 动为 图6 、y 、z 向模 型5 的变形云图 向模型6 的变形 云图 y N模型6 的变形 云图 图7 、y 、z 向模 型6 的变形云图 主 ， 第三阶以扭转 为主 ， 第 五阶 以 Y方 向平动 为主 ； 高阶振型形状较复杂， 各阶振型均为双向曲面， 沿水 平 和竖向均呈 曲线状 。 表2 模型 I 一 6前 5阶模态频率 4结语 ( 1 ) 通 过结构 静 力分析 可知 ， 相 同强度 下 自密 实 自保温混凝 土结构 的内力 明显小于普通混凝 土 ， 这 6 0 低温建筑技术 2 0 1 5年第 1期( 总第 1 9 9期 ) 表4 模型 2前 5阶模态振型参与系数 表5 模型 3前 5阶模态振型参与系数 表 6 模型 4前 5阶模态振型参与 系数 表7 模型5前 5阶模态振型参与系数 是 由于 自密实 自保温混凝土容重小 ， 减小 了结构 自重 。 ( 2 ) 自密实 自保温剪力墙结 构 的 自振周期要 大 于普通混凝 土 ， 自密实 自保 温混凝 土剪力墙 结构要 比 普通混凝土 的柔性更好。 表8 模型6前 5阶模态振型参与系数 ( 3 ) 虽然 陶粒混凝土剪力墙 结构 比普 通混凝 土 剪力墙结构的变形略大， 但其最大层问位移角仍然满 足规范的要求 ( 最大位移角小于 1 1 0 0 0 ) ， 满足抗震 要求 。 不同强度的陶粒混凝土或普通混凝土， 其变形随 着强度 的增加而减小。 ( 4 ) 陶粒混凝 土剪力墙结 构的底部剪 力要 明显 小于普通混凝土。 由于陶粒混凝土容重小， 比普通混凝土小 1 0 2 0 ， 明显减小结构 自重。且陶粒混凝土剪力墙结构 比普通混凝土柔性更好， 变形能力强， 有利于结构抗 震。它不仅能满足抗震要求 ， 且具有更好 的抗震性 能。因此， 自密实自保温混凝土作为多层住宅结构的 材料， 既能满足抗震要求 ， 又能满足保温要求， 具有重 大的推广价值。 参考文献 张泽平 ， 安培霞 ， 师鹏 ， 等 玻化微珠 陶粒混凝土 的正交试验研 究 J 混凝土 ， 2 0 1 0， ( 2 ) ： 7 88 0 李建宇 玻化微珠保温混凝土单轴受压试验研究 D 太原： 太原理工大学 ， 2 0 0 9 赵方冉 土木工程材料 M 上海： 同济大学出版社， 2 0 0 4 ： l 1 2 1 1 3 张泽平， 安培霞， 师鹏， 等 玻化微珠陶粒混凝土的正交试验研 究 J 混凝土， 2 0 1 0 ， ( 2 ) ： 7 8 8 o G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ， 混凝土结构设计规范 s 刘冬柏， 谭建军， 付征 高层建筑陶粒混凝土结构自保温体系 的研究 c 砌体结构理论与新型墙材应用， 2 0 0 7 蒋利学， 邓景纹， 忻鼎康 ， 贡春成 陶粒混凝土异形柱框架抗震 性能试验研究 J 建筑结构， 2 0 0 3 ， ( 9 ) 杨毅 陶粒混凝土的若 干基本性能 与构件承载力 可靠性研 究 D 长沙： 长沙理工大学， 2 0 0 9 张泽平 玻化微珠保温 混凝土及其 结构的基本性 能试验 与理 论分析研究 D 太原 ： 太原理工大学 ， 2 0 0 9 收稿 日期 2 0 1 41 01 0 作者简介 傅挺挺( 1 9 8 9一) ， 男 ， 浙江宁波人 ， 硕士 ， 研究 方 向： 土木工程仿真模拟 。 1 j 1；1j l二