顶部现浇板对装配式多层混凝土框架结构抗侧协调的影响

方为梁

【摘要】为了探究顶部现浇板对装配式多层混凝土框架结构抗侧协调的影响，通过振型反解反应谱法计算不同层数及不同楼层布置形式的多层混凝土框架结构与模型的框架柱侧向剪力和位移。最终结果显示，装配式多层混凝土框架结构采用顶部现浇板可以较好地实现其整体抗侧协调。

【关键词】顶部现浇板;装配式;多层混凝土框架结构;抗侧协调

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

10.134

目前，“等同现浇”是我国装配式钢筋混凝土结构应用和研究所采用的主要方式[1]。装配式楼板多采用预制叠合板，对楼板的平面内刚度和整体性有较好的保证。多层混凝土框架结构中，楼板混凝土用量占总用量的50%左右，预制叠合板仅有50%左右的构件预制率，所以其对降低装配式混凝土结构的造价，提高施工效率十分有限[2]。在大型车库、物流仓储等结构平面超长的多层现浇混凝土结构中，因为混凝土硬化收缩常会出现开裂问题，而全装配楼板可以有效提升楼板预制率，预防因为楼板收缩所带来的开裂问题[3]。实验研究显示，在多层混凝土框架结构中使用全装配式楼板可以充分满足结构的抗震性要求。

1、基本原理

1.1 多层混凝土框架结构的顶部地震反应明显

从结构动力学来说，多层混凝土框架结构主要振型是一阶平动模态，而且顶部有明显的动力反应[4]。资料显示，对于以剪切变形为主的侧向多层框架结构，需要用底部剪力法对楼层剪力进行计算[5]。假设结构各层的等效质量相同、增高相等，可以用公式（A）来计算各层顶部地震剪力与总剪力的比值，结果如表1所示。通过表1可以知道，结构高度>80%，结构顶层或位于顶部的两层的剪力与总剪力的比值较大。

1.2 顶部楼板对多层混凝土框架结构抗侧协调效率高

假设，在水平荷载作用下，多层框架结构的顶楼盖地简化力学模型如图1所示。其将单向弹簧作为支座，刚度对应榀框架结构顶部的抗侧刚力。在多层框架结构中，可通过底部剪力法求其水平地震作用，并采用均匀荷载形式加在结构平面一侧。

通过该简化力学模型可以知道，楼板平面内刚度和支承弹簧刚度的大小可以反映出楼板对框架结构抗侧协调能力。当楼板平面内刚度大，支承弹簧刚度小的时候，楼板的抗侧协调性好。由于多层框架结构顶部抗侧刚度最小，所以在顶部设现浇板有助于框架抗侧协调性。此外，由于结构平面端部支座边界的影响，结构两端的支承弹簧反力相较于平面中部弹簧反例较大。

2、模型对比分析

2.1 模型信息

混凝土框架结构模型的柱距为840cm，第一层层高为450cm，剩余各层的层高为300cm。梁截面30cmx80cm，三层框结构的柱截面50cmx50cm，七层框结构的柱截面60cmx60cm，楼板厚度18cm，单向预制板，纵向框架梁承重。梁、板、柱的混凝土强度为C40，抗震设防烈度8度，Ⅱ类场地，第二组。分别计算荷载均匀分布和偏心5%分布的情况。

2.2三层混凝土框架结构

荷载均匀分布的框架结构：

S-T和H-W模型比P-W和P-T模型相比，其剪力分布性更好。只有顶部楼板的模型的结构平面两端框架柱剪力同相邻柱间有剪力差，则具有顶层平面两端柱剪力增大，平面中部柱剪力均匀但减小，底层平面两端柱剪力减小，与顶部柱剪力分布相反的特点。通过P-W和P-T的剪力分布曲线可以知道，全装配楼板的平面刚度表现为一定平面内半刚性，如果需要全装配楼板具有足够的平面内刚度则应该提高抗剪键刚度或者增加抗剪键数量。具体如图2所示。

S-T和H-W模型与P-W和P-T模型相比，其水平位移分均性较好，结构顶部柱间几乎没有位移差，其余楼层的结构平面端部相比平面中部的位移较小，顶部现浇板结构模型的相邻节点的两端位移差与柱距的比值<1/5000。具体如图3所示。而且各模型前三阶振型周期、形态、质量差同系数的差异十分小。

结语：

通过对比计算不同结构模型的Y向水平剪力和位移分布，得出以下结论：（1）在多层混凝土框架结构>80%的高度上设现浇板，可以更好地实现框架结构的抗侧协调。（2）在多层混凝土框架结构>80%的高度上设现浇板，可以让结构平面两端的顶部和底部框架柱剪力同相邻跨框架柱存在剪力差。（3）多层混凝土框架架构使用全装配楼板是要注意结构顶部楼板的平面内刚度。

参考文献：

[1]周云，陈太平，裴熠麟，等.全装配式混凝土框架结构抗连续倒塌破坏机理研究[J].地震工程与工程振动，2019，39（5）：42-53.

[2]王青，杜志强，王志军，等.装配整体式框架-现浇剪力墻结构设计要点及存在的问题[J].工程建设与设计，2019，56（4）：23-24.

[3]崔双双，吕大刚，宋鹏彦.填充墙和现浇板对钢筋混凝土框架结构整体超强的影响研究[J].建筑结构学报，2014，35（8）：30-36.