馬建勛 祁星星 張 明

(西安交通大學，陜西西安 710049)

框架—配筋砌塊砌體混合結構是將混凝土框架與配筋砌塊砌體剪力墻組合，通過構造措施使配筋砌塊砌體墻既充當建筑圍護構件又作為結構受力構件，共同承受水平和豎向荷載，從而形成一種既經濟、適用、空間布置靈活，又具有良好抗震性能的結構體系。混凝土框架—配筋砌塊砌體混合體系綜合了框架結構和配筋砌塊砌體剪力墻結構兩種結構體系的優(yōu)點，不但克服了框架結構剛度低、配筋砌體結構平面布置不靈活等局限性，而且構造了雙重抗側力體系，形成了多道抗震防線，提高了結構的抗倒塌能力。其次，由于配筋砌塊砌體一般為縱橫向均為單層鋼筋，鋼筋直徑較小，而且鋼筋間距較大，故用鋼量與框架剪力墻相比明顯減少［1］。在施工方面，配筋砌塊在工廠加工完成，減少了現(xiàn)澆混凝土量，而且砌筑時不用模板，施工速度快，而且砌體可以作為混凝土結構的模板和支撐，節(jié)省了模板，更方便了施工，同時由于砌體墻面平整，施工期間損耗小，節(jié)省墻面抹灰。

1 有限元模型

1.1 分析對象介紹

［2］［3］，采用一個18層鋼筋混凝土框架—配筋砌塊砌體混合結構的例子，結構標準層如圖1所示，底層層高4.5 m，其他層層高3.5 m，總高度為64 m，設計地震烈度為8度，地震分組為第一組，Ⅱ類場地。各層均布恒載為8.0 kN/m2，均布活載為2.0 kN/m2。構件強度等級及截面尺寸見表1?；炷疗鰤K基本尺寸為390×190×190，空心率為46%，100%灌芯。

圖1 結構標準層平面圖

表1 構件強度等級及截面尺寸

1.2 分析模型在ANSYS中的實現(xiàn)

利用ANSYS，建立結構的有限元模型。其中，梁、柱采用Beam188單元，配筋砌塊砌體及混凝土樓板采用Shell181單元。具體材料參數(shù)見表2。

表2 模型結構材料特性參數(shù)

約束結構底面各節(jié)點的三個方向的自由度來模擬基礎對結構的約束。高度方向網格劃分尺寸為0.5 m，水平方向劃分尺寸為1.0 m。結構有限元模型見圖2。

圖2 結構有限元模型

2 結構模態(tài)分析

固有頻率和模態(tài)振型是結構的重要動力特性，本文計算得出了框架—配筋砌塊砌體混合結構的前6階固有頻率以及對應的振型。同樣的，也計算了同樣結構尺寸的框架結構的前6階固有頻率以及對應的振型，以參照對比。固有頻率見表3，前6階振型見圖3，圖4。

表3 框架—砌體墻和框架結構的固有頻率

從振型圖和頻率對比表中可以看出，同等條件下，框架結構的固有頻率比框架—配筋砌塊砌體混合結構的固有頻率要小，由于框架—配筋砌塊砌體混合結構配筋砌塊砌體墻沿結構橫向布置，使得結構橫向的剛度比較大。

圖3 框架—配筋砌塊砌體混合結構前六階振型圖

圖4 框架結構前六階振型圖

3 地震作用下的結構響應

根據(jù)抗震規(guī)范［4］的規(guī)定，采用的地震水平地震影響系數(shù)最大值αmax=0.16，特征周期Tg=0.35，結構阻尼取為0.05。

采用振型分解反應譜法來考慮地震作用。首先進行譜分析，取前18階振型和頻率，然后對每階振型進行Z向(結構橫向)的單點加速度反應譜分析，最后采用SRSS方法進行振型組合，得到結構在地震作用下的反應。并將相同尺寸、相同邊界條件及相同荷載條件的框架—配筋砌塊砌體混合結構與框架結構作了對比，計算結果見圖5～圖8。分析結果表明，框架結構樓層間柱上剪力為直線，而混合結構樓層間柱上剪力分布不均勻，樓層處較大，樓層間相對較小，可見樓層間水平力在框架與配筋砌塊砌體間的分配是不均勻的，柱端剪力較大，因此需加強帶配筋砌塊砌體的框架柱端的抗剪構造。另外從第一主應力的數(shù)值上來看，框架—配筋砌塊砌體混合結構的最大主應力為0.135 MPa，而框架結構為9.3 MPa，從剪力的數(shù)值上也可以看出框架結構的剪力要大于混合結構的剪力。這主要是因為配筋砌塊砌體墻增加了混合結構的剛度，使其在同等條件下，承載力明顯有所提高。

圖6 框架結構第一主應力云圖

圖7 框架—配筋砌塊砌體混合結構剪力圖

圖8 框架結構剪力圖

分析圖9可知，框架結構呈剪切變形，水平位移上大下小;而混合結構中配筋砌塊砌體墻和框架柱變形協(xié)調，下部結構以彎曲變形為主，隨著樓層的增加，逐漸由彎曲變形為主轉變?yōu)榧羟凶冃螢橹?，使得最大水平位移較框架結構減少了45%。

圖9 地震作用下兩種結構的水平位移隨層高變化曲線比較

4 結語

1)文中運用ANSYS有限元分析軟件建立了框架—砌塊砌體混合結構和框架結構的三維有限元模型，并對模型進行了模態(tài)分析，通過比較前6階固有頻率和振型，得出混合結構的固有頻率大于框架結構的固有頻率，說明配筋砌塊砌體墻的存在可以明顯增加結構的剛度。2)通過分析在地震作用下的結構響應，可以看出混合結構的水平位移明顯小于框架結構的水平位移，且承載力也有明顯的提高，說明混合結構中框架與配筋砌塊砌體墻能夠協(xié)同工作，構造了雙重抗側力體系，有利于結構受力。

參考文獻:

［1］ 鳳 來，張 厚，唐岱新.論我國墻用混凝土砌塊產業(yè)發(fā)展的教訓和砌塊整澆墻技術［J］.建筑砌塊與砌塊建筑，2010 (6)：4-8.

［2］ 繆志偉.框架—剪力墻結構的靜力彈塑性分析研究［J］.工程抗震與加固改造，2008，30(6)：42-54.

［3］ 于彩峰，付忠林，王鳳來.哈爾濱地區(qū)17層住宅結構方案對比與造價分析［A］.2010年全國砌體結構基本理論與工程應用學術交流會·新型砌體結構體系與墻體材料——工程應用［C］.北京：中國建材工業(yè)出版社，2010：120-123.

［4］ GB 50011-2010，建筑抗震設計規(guī)范［S］.

［5］ 尚曉江.ANSYS結構有限元高級分析方法與范例應用［M］.北京：中國水利出版社，2005.