玻化微珠砂浆与传统砂浆地震反应对比分析

田昱峰

(山西省建筑设计研究院，山西太原 030013)

玻化微珠保温砂浆以其产品粘结性能好，吸水率低，防开裂能力强，强度高，具有优异的保温隔热性能，防火，防老化，不易空鼓开裂，可直接施工于干状墙体上，施工性能优越，工序简单，可大大提高施工效率等巨大优势，越来越多的被应用于高层建筑。

当高层建筑结构采用新型玻化微珠保温砂浆作为楼面或墙面的面层后，建设单位或房地产开发商，或者设计人员，首先提出的是这种新型面层会对结构的承载能力及抗震性能产生多大的影响等问题。本论文则主要针对这一问题，对采用玻化微珠保温砂浆作为楼面或墙面的面层后的高层建筑进行抗震计算分析，与采用传统面层做法的高层建筑相比，对新型材料对于结构的自重、周期，地震作用下的层位移、层间位移角，基底剪力、各层地震剪力及基底倾覆力矩能产生多大的影响进行量化计算分析，从而为能够在高层建筑结构中广泛运用玻化微珠材料，为实现“城市窑洞”设想提供一些基本技术依据。

1 工程实例概况

本文以太原市帝景华府1号高层住宅楼为例。太原市帝景华府1号高层住宅位于太原市平阳路以西，太原内燃机厂以南。地下2层，地上26层～30层，结构形式为现浇钢筋混凝土剪力墙结构。建筑物总高度为90.45 m。采用CFG桩处理地基，基础形式为筏片基础。地下2层为六级人防。本工程抗震设防类别为丙类，结构安全等级为二级，抗震等级为一级剪力墙;抗震设防烈度8度。设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ级，地基基础设计等级为乙级。地下工程防水等级为二级。建筑物设计使用年限为50年。修正后的基本风压0.40 kN/m2，地面粗糙程度B类。

结构平面示意图见图1。

图1 结构平面示意图

2 结构抗震计算对比分析

2.1 结构实体质量及自振周期对比分析

新型玻化微珠保温砂浆容重为280 kg/m3，而传统水泥混合抹灰砂浆容重2 400 kg/m3，如用新型玻化微珠保温砂浆替代传统水泥混合抹灰砂浆，所用材料每立方米可降低重量2 120 kg，面层质量可减少到传统做法的12%左右。经对以太原市帝景华府1号楼为例分别采用玻化微珠保温砂浆面层与采用传统砂浆面层的楼面荷载及墙面荷载进行的对比计算可知，传统砂浆面层做法的结构质量为48 575.125 t，而改用玻化微珠保温砂浆面层后的结构质量仅为41 429.398 t，总质量可减轻14.7%，对建筑结构来说，自重较大幅度的减小将对建筑物地震响应产生重大的影响。

从计算得到的结构自振周期上看，相对于传统砂浆面层做法，玻化微珠保温砂浆面层的使用，能较明显降低结构的自振周期:前三个主要周期中第一个主震周期降低了7.6%左右，第二个主震周期降低了7.1%，第三个主震周期降低了8.2%。自振周期的下降意味着结构所吸收的地震作用有所减小。

2.2 结构各层地震作用力

图2，图3分别给出了两种不同面层做法在CQC地震耦联作用下X方向(结构纵向)及Y方向(结构横向)楼层地震剪力及弯矩对比曲线。通过对比，采用玻化微珠保温砂浆面层的结构的楼层地震反应指标均小于采用传统砂浆面层做法的结构，前者为后者的85%～90%。

图2 两种面层做法下楼层X方向地震剪力及弯矩对比图

图3 两种面层做法下楼层Y方向地震剪力及弯矩对比图

2.3 结构抗倾覆验算

表1给出了采用传统砂浆面层做法及采用玻化微珠保温砂浆面层结构抗倾覆验算结果。对于X向地震倾覆弯矩传统做法为954 516.3 kN·m，保温砂浆做法为850 255.7 kN·m，降低了11%左右，而Y向地震倾覆弯矩传统做法为1 138 702 kN·m，保温砂浆做法为1 014 508.8 kN·m，降低了11%左右。由上可以得出以下结论:采用玻化微珠保温砂浆面层相比于采用传统砂浆面层，结构地震影响有较明显的降低。

表1 结构抗倾覆验算结果对比

2.4 结构各工况位移

图4分别给出了X向及Y向楼层层间位移角曲线对比结果。由图4结果可知，传统做法X方向最大值层间位移角为1/1 014，玻化微珠做法X方向最大值层间位移角为1/1 127，最大位移相差11.1%。在相同参数，相同剪力墙布置的情况下得到的数据，因为按照《建筑高层技术规程》来说，对于高层剪力墙结构，位移需满足小于1/1 000，如果按照PKPM计算模型来说，玻化微珠模型剪力墙刚度就显得有些大，所以对于这个模型，剪力墙就可以进行适当的调整，相应可以减少建筑物刚度，从而达到减少剪力墙数量的目的，这能减少很多的混凝土和钢筋的用量。

图4 采用传统砂浆面层及玻化微珠保温砂浆面层X向及Y向结构最大楼层位移曲线

3 结语

本文对采用两种不同砂浆面层的高层建筑结构的荷载计算及地震响应分析，可得到以下结论:1)相比采用传统砂浆面层，采用玻化微珠保温砂浆面层的高层建筑结构，自重可减轻14.7%，结构自振周期可下降8%。2)相比采用传统砂浆面层，采用玻化微珠保温砂浆面层的高层建筑结构，通过采用振型反应分解反应谱法及弹性地震时程分析法计算，结构的最大基底剪力、层最大地震剪力、结构倾覆力矩、结构各层最大位移及层间位移角均有明显降低，降幅在10%～15%之间。3)高层建筑结构采用玻化微珠保温砂浆面层后，可明显减轻楼房自重，减小基底压力，降低结构自振周期，减小结构地震作用，提高结构抗震性能，节约建设成本。4)本文仅对结构进行了弹性阶段的地震响应分析，将来还需要进行弹塑性阶段的地震响应分析。

［1］ GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］.

［2］ JGJ 3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程［S］.

［3］ GB 50009-2001，建筑结构荷载规范［S］.