张乐
身份证号码：34110219970428XXXX；河海大学 江苏南京 210000
摘要：本文简要介绍了钢筋混凝土空腹夹层板楼盖盒式结构新体系的组成，以某拟建多层厂房工程为例，采用计算分析软件，建立钢筋混凝土空间网格盒式结构与常规钢筋混凝土框架结构模型，对比分析了结构的自振周期、楼层位移、经济技术指标等方面，分析结果表明，钢筋混凝土网格蜂窝型空腹夹层板平面不仅结构整体性好，而且适应性强，结构刚度分布更均匀，有很高的经济效益和社会效益，钢筋混凝土空腹夹层板楼盖盒式结构的优越性明显，在建筑领域得到了广泛应用。
关键词：蜂窝型；空腹夹层板；盒式结构；力学性能；对比分析
引言贵州大学马克俭教授课题组为响应国家循环经济的号召，为了更加高效的节约土地、提高建筑空间使用率，提出了一系列新型多层大跨建筑结构体系，比如钢筋混凝土空腹夹层板楼盖结构、装配整体式空腹夹层板楼盖结构等新体系。钢筋混凝土网格蜂窝型空腹夹层板平面不仅结构整体性好，而且适应性强，结构刚度分布更均匀，有很高的经济效益和社会效益。本文对钢筋混凝土网格蜂窝型盒式结构力学性能进行了对比分析和阐述，以期更好的应用在建筑领域。
1空腹夹层板楼盖盒式结构
钢筋混凝土空腹夹层板结构通常包括上肋、下肋及剪力键及部分，网格尺寸一般在1.5米至2.5米之间，每个柱网都在五格以上，板的厚度一般在1/25-1/30l（l为短跨）；剪力键边长D与净高h0之比不能小于1。当结构长度L与跨度B的比值在1.5以上是，一般就采用正交斜放型空腹夹层板。随着科学技术的不断发展，装配整体式钢夹层板楼盖、U形钢－混凝土组合楼盖等新结构是在钢筋混凝土空腹夹层板楼盖的基础上衍生发展出来的。钢筋混凝土空腹夹层板盒式结构由两部分组成，一部分是水平方向的空腹夹层板，另一部分是竖直方向的网格式墙架，两各部分组合在一起形成三维受力体系，结构内力分布相比框架结构来说，受力更加均匀，建筑结构能更好的进行多功能房间的划分。（图1所示空间钢网格盒式结构示意图）
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2蜂窝型空腹夹层板楼盖盒式结构
钢筋混凝土网格蜂窝型盒式结构体系包括两部分组成，一部分是钢筋混凝土空腹夹层板楼盖，一部分是网格式墙架。相对于传统的普通框架或门式刚架结构来说，盒式结构有着明显的优越性，不仅有着加大的跨度和较高的刚度，而且内力分布均匀，有着较好的整体工作性能。对于盒式结构的钢筋混凝土空腹夹层板来说，根据其结构布置的不同，可以分为正交正放和正交斜放两种形式，但对于蜂窝型盒式结构的研究还不太多，应用的也较少。本文通过建立有限元软件，建立数值分析模型，对蜂窝形盒式结构、正交斜放盒式结构、框架结构的进行有限元分析模型，更加清楚的了解和掌握蜂窝形盒式结构力学性能和其他特点，分析其优势，促进蜂窝形盒式结构得到较好的推广和应用。简单来说，新型结构体系与常规单层厂房相比，土地的使用率得到大幅度提升，相比多层框架来说，新体系不仅满足了大跨度条件，而且结构混凝土用量和钢的用量大幅度降低，材料更加节约节能。从其发展来看，钢筋混凝土网格蜂窝型空腹网格楼盖是在原混凝土空腹楼盖结构的基础上发展演变来的，两层蜂窝型楼盖在交叉处通过剪力键连接形成此结构类型。具体来说，蜂窝夹层结构属于格栅夹层结构中的一种特殊复合材料类型，由3种基本材料组成。如图2所示，上下是一对薄而强的面板，能较好的承受轴向载荷、弯矩和面内剪力；中间是厚而轻的蜂窝芯，为轻质多孔材料，具有较高的强度、刚度、抗疲劳性能和良好的阻尼减震性能，具有平整光滑的表面，将上、下面板隔离开来，承受一个面板传到另一个面板的载荷和横向剪力；钎焊料将他们有效连接，并将剪力传递到蜂窝芯，由蜂窝芯传递到面板，这样的结构能较为灵活的改变参数，满足各方面技术要求。
图2蜂窝夹层结构示意图
3工程概况
拟在某地建一栋钢筋混凝土正交斜放空腹夹层板楼盖盒式结构多层厂房，设计层高6米工3层，总高18m，短跨方向为两跨跨度为20m，长跨跨度为45m，平面尺寸为34m×46m。抗震设防烈度7度，设计地震场地类别为Ⅱ类，阻尼比取0.04，基本风压0.3kN/m2，风荷载体型系数取1.3，地面粗糙度类别B类。
结构设计所需荷载：楼面恒荷载取1.8kN/m2，楼面活荷载取4.8kN/m2，屋面恒载为1.8kN/ m2，活载取0.5kN/m2，外墙自重取等效线荷载6.9kN/m；钢筋为HRB400，梁、柱、板混凝土均采用C35。盒式结构柱网柱距为3米，网格为3m×sin450=2.12m，板厚8厘米；常规结构柱距为6.5米，网格宽3m，板厚取10厘米。
钢筋混凝土空腹夹层板楼盖盒式结构柱子截面尺寸区60cm×60cm，上、下肋截面尺寸为35cm×15cm，剪力键截面尺寸为35cm×30cm，边梁截面尺寸为40cm×80cm，层间梁截面尺寸为25cm×20cm。每层设置两道层间梁且各层间梁间距为2m。
3.1力学性能分析。一是模态分析。通过盒式结构和常规结构的前三阶自振周期数据可知：钢筋混凝土空腹夹层板楼盖盒式结构各模态周期比常规混凝土框架结构要小，盒式结构的抗侧刚度要比常规结构大；两种结构第一扭转和第一平动周期比值均，小于《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定的0.9数值要求，符合相关规范。盒式结构周期比要比常规结构周期比小而且有着更好的抗扭性能。二是楼层位移分析。通过盒式结构与常规结构在多遇地震作用下的位移曲线实验显示，盒式结构无论是在X还是在Y方向的最大位移，都要比常规结构的位移要小，说明抗侧刚度要比常规结构要好一些。
3.2经济技术指标分析。钢筋混凝土空腹夹层板楼盖盒式结构的功能要求和工程造价都相对科学和合理，相比与常规结构来说，功能使用更合理，能更节约材料，成本造价相对更低。具体体现在以下几方面。一是钢筋混凝土空腹夹层板楼盖盒式结构外墙一般使用现浇脱硫石膏材料，因为脱硫石膏属于工业固体废料，将其应用到新型建筑材料中，保温隔热和防火性能较好，而且具有舒适性高、生产速度快等优势，也更加环保和节能，可以循环利用，促进了资源节约和生态保护，为绿色建筑发展奠定了基础。二是钢筋混凝土空腹夹层板楼盖盒式结构的网格式墙架网格划分不大，网格墙架内力分布均匀，节点内力相比常规结构来说，减小了很多。内力分布均匀更加缩小了各类构件截面尺寸，小构件网格的钢筋用量大大降低，相对常规结构来说节约很多，成本得到了降低。而且混凝土用量也有所降低，资源得到节约。
4结语 通过钢筋混凝土空腹夹层板楼盖盒式结构根常规结构的力学性能分析和经济技术指标的分析，可以清楚的得出：钢筋混凝土网格蜂窝型盒式结构在相同荷载、跨度的情况下，钢筋混凝土空腹夹层板楼盖盒式结构的抗侧刚度要比常规混凝土框架结构大一些，抗扭性能更好；盒式结构采取网格化将竖向和水平承重构件均匀受力，纵横向抗侧刚度分布的更加均匀；钢筋混凝土空腹夹层板楼盖盒式结构同常规混凝土框架结构相比，钢筋用量和混凝土用量都得到不同程度的降低，在节约材料降低造价同时，也更加节能和环保，收到了较高的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]冯献慧.窄长形平面混凝土空间网格盒式结构的研究与应用[D].导师：马克俭.贵州大学，2017.
[2]徐金涛.多层大跨度装配式空间混凝土网格蜂窝型空腹楼盖研究[D].导师：马克俭.贵州大学，2017.
[3]才琪.多层大跨度空间钢网格蜂窝型空腹楼盖的研究与应用[D].导师：马克俭.贵州大学，2017.
[4]张震.钢筋混凝土空间网格盒式结构的性能分析[J].科技创新与应用，2015（28）：287-288.
论文作者:张乐
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第7期
论文发表时间:2018/7/25
标签：结构论文; 夹层论文; 钢筋混凝土论文; 网格论文; 蜂窝论文; 板楼论文; 常规论文; 《建筑学研究前沿》2018年第7期论文;