高层建筑复合板结构竖向承重性能数值模拟分析

冯正文

(安徽省住宅产业化促进中心, 安徽 合肥 230601)

0 引 言

随着人口的增多,为解决人口的住房问题使得近几年高层建筑不断被建起。与此同时,高层建筑的安全问题往往受到广大人民群众的关心。在城市建设中,装配式建筑越来越多,装配结构构件工厂化生产,构件质量易于保证,现场施工简便、快捷、建筑垃圾少,极大地提高了房屋建设效率,在城市化进程中装配式结构的优势逐渐得到广泛认可[1]。高层建筑复合板结构竖向承重性能作为人们关注的一种也受到了较大的重视。高层建筑复合板结构往往会因突发事件作用导致局部建筑的破环,从而使得相邻或部分结构也遭到破坏,发生连续性的破坏现象。结构连续性倒塌研究历经发展,已从最初对结构体系的抗连续性倒塌分析、设计扩展至对节点或构件连接在抗结构连续性倒塌过程的性能研究[2]。通过对高层建筑复合板结构竖向承重性能进行数值模拟分析,验证了高层建筑复合板结构竖向承重性计算公式及数值模拟相关参数设置的可行性。能够有效地防止意外事件。

1 竖向承重力计算

通过对高层建筑复合板结构竖向轴压进行实验,发现复合板构件的破坏往往是从砂浆面层与钢边框破损开始的[3]。在浆面层与钢边框绝大部分破损后,复合板构件竖向承重能力明显降低,实验操作过程中,发现砂浆面层砂浆面层并没有明显的破坏,说明复合板竖向承重能力是以砂浆面和钢边框黏结力为主要承载材料的。通过对各组材料进行刚度计算,最后算出复合板结构的竖向承重力,假设结构各个零件间受力均匀,计算出对应的黏度结应力,极限黏结应力为66 kN/m,

计算公式如下：

(1)

式中:γ为极限黏结应力;Nf为砂浆面层轴向压力;l为构件长度;h为构件高度。

应用极限黏结应力计算不同类型高层建筑复合板的承载强度,从而可以根据砂浆面层在墙板轴向刚度计算中所占比例求出复合板的轴向承载力[4]。

计算结束以后,将计算结果与试验结果对比,计算结果小于实验结果,这种算法属于偏安全的一种计算方法。

2 数值模拟方法分析

在对高层建筑复合板结构进行数值模拟分析时,参考的是复合板构件侧向推拉的试验记录数据进行的分析,它忽略了复合板构件弯曲导致的变形,主要以构件剪切变形为主要分析对象。在计算数值的模拟时,对于材料的选择均质材料剪切模量使数值模拟板件与试验构件侧向刚度相等,计算公式见如下：

(2)

式中:F为轴向压力; Δ为轴向变形;G为材料剪切模量;A为材料截面积;H为墙板试件高度。

在建模时,构件的尺寸保持不变,遵守重量相等的原则,使计算的各类板材与试验构件的重度相等,材料是弹性剪切模量的2.5倍。

3 数值模拟分析与试验对比

通过一系列的数值模拟计算与分析,高层建筑模型

一阶振型的自振周期T1=0.122 s(以左右水平位移主),二阶振型自振周期T2=0.09 s(以前后水平位移为主),高层建筑复合板数值模拟自振周期及振动台试验模型周期计算结果见表1。

表1 模型自振周期

两者相互对比发现,数值模拟高层建筑时高层建筑y向一阶振动周期与振动台试验结果基本一致,说明复合板的数值模拟参数取值基本合理[5]。而数值模拟时高层建筑x向振动周期大于振动台试验结果,这与高层建筑x向复合板结构件开洞较多,但参考完整复合板的数值模拟参数进行建模分析也基本能实现高层建筑模态分析计算。

4 结束语

本文通过对高层建筑复合板承重性进行数值模拟分析,得出了如下结论。

(1)通过试验发现,高层建筑复合板承重性有很好的竖向承重能力,能够满足高层建筑的承载重力要求。

(2)在复合板承重墙板中砂浆面层起到了显著的蒙皮作用,有砂浆面层的复合板承载力明显比没有的强很多。

(3)本文在运算中,通过对复合板竖向承重力计算公式得出的高层建筑复合板承重力比实验数据要小,根据本文的计算公式进行实际设计安全系数会更高。