围护板材对多层轻钢结构住宅抗震性能的影响

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【摘要】本文从一实际六层轻钢结构住宅的外墙围护材料――蒸压加气混凝土板（NALC板）入手，采用有限元分析程序分析该板材在六度、七度、八度多遇地震作用下的底部剪力、楼层位移及层间位移角的变化情况。分析结果表明：考虑NALC板的作用能有效的提高结构的抗侧刚度，结构的楼层位移及层间位移角得到了有效的控制。

【关键词】轻钢住宅；NALC板；抗震性能；反应谱法；时程分析法

The Influence of Anti-Seismic of Retaining Board on Multilayer Lightweight Steel Residential

Wang Xiao-lei1，Li Zhi-xue3，Yang Xiao-ming2

(1.Qingdao Technological University;School of Civil EngineerQingdaoShandong266033;

2. Qingdao Technological University;Architectural and Technological CompanyQingdaoShandong266033;

3.Qingdao Tourism Planning & Architecture Designing InstitutionQingdaoShandong266073)

【Abstract】This article starts with Naj Autoclaved Lightweight Concrete(NALC board) which is used for exterior wall retaining material of a six-layer lightweight steel structure residential and analyzes the change of plank of the bottom shear, storey displacement, inter-storey displacement angle under the condition of 8 frequent seismic force using finite element analysis. The result shows that considering the role of NALC board can effectively improve the rigidity, and the storey displacement and inter-storey displacement angle can be effectively controlled.

【Key words】 lightweight steel residential;NALC board;Seismic behavior;Response spectrum analysis;Time history analysis

轻钢结构住宅的外墙围护材料多采用水泥加气发泡类材料、轻质混凝土空心材料、轻钢龙骨复合墙体材料等［1］，这些材料往往以其良好的性能参与到实际结构的受力中去，而在结构设计阶段忽略了这部分围护材料的作用。本文从一实际六层轻钢结构住宅的外墙围护材料――蒸压加气混凝土板（NALC板）入手，采用有限元分析程序分析该板材对结构抗震性能的影响。

1.工程概况

本文选取一六层轻钢结构住宅，纵向12m，横向34.2m，1~5层层高为3.15m，顶层阁楼层高为2.5m。住宅的外墙围护材料采用NALC板，本文主要考虑这部分板材对结构抗震的影响，结构的平面布置如图1所示。

2. NALC板的选型及地震波的选取

2.1NALC板的选型。

根据图集03SG715-1［2］附录A.2.2条规定，选择本工程所用的NALC板为：框架柱间距-20mm(长)×600(宽)×150(厚)。根据所选用的NALC板的规格及其配筋率计算NALC板的各向力学参数［3］，如表1所示。

2.2地震波的选取。

根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010）5.1.2条规定，结合地震动分析的三要素：频谱特征、有效峰值和持续时间，参考相关文献［4］-［5］，选择适合本模型的三条地震波：EL Centro波(记录时间间隔为0.02s，峰值加速度为341.7mm/s2)、tar-TARZANA-360-nor波(记录时间间隔为0.02s，峰值加速度为847.6mm/s2)、兰州1波(记录时间间隔为0.02s，峰值加速度为196.2mm/s2)。

3. 抗震性能分析

笔者采用有限元分析程序对6度、7度、8度多遇地震力作用下的NALC板的抗震性能进行研究分析，鉴于三种地震力作用下板材具有相似的地震反应，本文选取8度多遇地震力进行阐述。

3.1底部剪力。

8度地震力作用下，有、无NALC时两种结构的底部剪力值详见表2、表3。

将上表中的数据进行对比可见，考虑NALC板作用时，结构的底部剪力呈增大趋势，这是由于考虑NALC板作用时结构的自震周期变小，引起结构的底部剪力值变大。

带NALC板结构的底部剪力时程分析结果为：EL Centro波X向增幅53.4%，Y向增幅54.7%；tar-TARZANA-360-nor波X向增幅40.3%，Y向增幅59.1%；兰州1波X向增幅-35.6%，Y向增幅6.3%，三条地震波的底部剪力X向平均增幅为19.4%，Y向平均增幅为40.0%。反应谱分析结果为：X向增幅36.3%，Y向增幅55.4%，时程分析与反应谱分析的结果吻合。故考虑NALC板作用，8度多遇地震力作用下原结构的X向底部剪力增幅为19.4%~36.3%，Y向底部剪力增幅为40.0%~55.4%。

图1结构平面布置图

3.2楼层位移及层间位移角。

8度多遇地震力作用下，有、无NALC时两种结构的楼层位移详见表4～表7。

从表4～表7对比可见，原结构在考虑NALC板作用时楼层位移出现了不同程度的减少，三条地震波时程分析的位移变化情况为：EL Centro波X向减幅9.3%，Y向的减幅35.6%；tra-TARZANA-360-nor波X向减幅27.4%，Y向减幅32.7%；兰州1波X向减幅71.3%，Y向减幅54.1%，三条地震波X向平均减幅为36%，Y向平均减幅为40.8%。反应谱分析结果为：X向减幅26.4%，Y向减幅35.6%，时程分析与反应谱分析结果基本吻合。故考虑NALC板作用时，8度多遇地震力作用下原结构的X向位移减幅为26.4%~36%，Y向位移减幅为35.6%~40.8%，原结构的位移得到很大程度的控制。

通过表4～表7的数据计算结构的层间位移角的变化情况，时程分析结果为：EL Centro波X向位移角减幅4.6%，Y向位移角减幅度40.5%；tra-TARZANA-360-nor波X向位移角减幅30.9%，Y 40.6%；兰州1波X向位移角减幅70.5%，Y向位移角减幅度56.6%，三条地震波X向平均减幅度为35.3%，Y向平均减幅度为45.9%。反应谱分析结果为：X向减幅度37.1%，Y向减幅度39.9%，时程分析与反应谱分析结果基本吻合。故考虑NALC板作用时，8度多遇地震力作用下原结构的X向位移角减幅为35.3%~37.1%，原结构Y向位移角减幅39.9%~45.9%，原结构的位移角得到了有效的控制。

4. 结论

（1）考虑NALC板作用后结构的底部总剪力呈增大趋势，两个方向的增幅为：X向增加了19.4%~36.3%，Y向增加了40.0%~55.4%。

（2）考虑NALC板作用后结构的楼层位移及层间位移角呈减小趋势，楼层位移的减幅为：X向位移减少了26.4%~36%，Y向位移减少了35.6%~40.8%；楼层位移角减幅为：X向位移角减少了35.3%~37.1%，Y向位移角减少了39.9%~45.9%。由此可见，考虑NALC板作用后，原结构的楼层位移及位移角得到了很大程度的控制。

参考文献

［1］中华人民共和国住房和城乡建筑部.轻型钢结构住宅技术规程(JGJ209-2010).北京：中国建筑工业出版社，2010.

Ministry of Housing and Urban-Rural Development of PRC. Technical specification for lightweight residential buildings of steel .

structure. Beijing: China Architecture & Building Press,2010.

［2］中国建筑标准设计研究所，南京旭建新型建筑材料公司.蒸压加气混凝土板(NALC板)构造详图(03SG715-1).2003.

China Institute of Building Standard Design & Research, Nanjing Ashai New Building Materials Company. Autoclaved Lightweight.

Concrete(NALC board) construction detailing(03SG715-1). 2003.

［3］程选生，杜永峰.正交各向异性钢筋混凝土板结构弹性常数的确定.四川建筑科学研究，2006, 32(5)

Cheng Xuan-sheng, Du Yong-feng. Orthogonal Anisotropic Plate Structure of Reinforced Concrete Elastic Constants. Building science research of Sichuan, 2006, 32(5).

［4］白峻昶，靳金平.时程分析用地震波选取探讨.山西建筑，Vol.33 No.3 Jan.2007.

Bai Jun-chang, Jin Jin-ping. Time-history Analysis of Seismic wave for selection. Shanxi Architecture, Vol.33 No.3 Jan.2007.

［5］胡文源，邹晋华.时程分析法中有关地震波选取的几个注意问题.南方冶金学院学报Vol.24 No.4 Jul.2003.

Hu Wen-hua, Zou Jin-hua. The Selection Problems of Time-history Method about Seismic Wave. The Journal of Southern Metallurgy .

College. Vol.24 No.4 Jul.2003.

［文章编号］1006-7619（2011）12-11-233

［作者简介］ 王晓磊（1985-），男，汉族，籍贯：山东烟台，学历：硕士研究生，研究方向：结构工程。