配筋混凝土砌块砌体框支剪力墙房屋模型研究.pdf
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1、第 3 7卷 第 l 2期 建筑结构 2 0 0 7年 l 2月 配筋混凝土砌块砌体框支剪力墙房屋模型研究* 蔡 勇 施楚贤 余志武 ( 1中南大学土木建筑学院 长沙 4 1 0 0 7 5 ;2湖南大学土木工程学院 长沙 4 1 0 0 8 2 ) 提要】 针对配筋混凝土砌块砌体框支剪力墙房屋子结构拟动力抗震试验 , 研究配筋混凝土砌块砌体框支剪 力墙 1 : 4比例模型房屋设计与制作。综合考虑尺寸效应 、 构造措施 、 设备条件、 经费可能等因素的影响 , 通过分 析模型房屋所用材料的力学性能试验结果 , 以及与理论计算结果的比较 , 1 : 4比例的模型房屋能够反映原型房 屋动力性能。将
2、原型房屋的截面和配筋, 根据动力相似性原理 , 转换为 1 : 4比例模型房屋的截面和配筋, 同时 介绍了模型施工工艺以及所用材料。 关键词】 配筋混凝土砌块砌体 框支剪力墙 1 : 4比例模型房屋 S t u d y o n De s i g n a n d Co n s t r u c t i o n o f a 1: 4 S c a l e F r a me S u p p o r t e d Re i n f o r c e d Co n c r e t e M a s o n r y S h e a r W a l l s Bu i l d i n g C a i Y o n g ,
3、s h i C h u x i a n 2,Y u Z h i w u ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g a n d A r c h i t e c t u r e ,C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y , C h a n g s h a 4 1 0 0 7 5 , C h i n a ; 2 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e ri n g ,H u n a n U n i v e rs i t y , C h a n g s
4、 h a 4 1 0 0 8 2 , C h i n a ) Ab s t r a c t : I n o r d e r t o a d o p t s u b s t r u c t u r e p s e u d o d y n a mi c a s e i s mi c t e s t me t h o d i n f r a me s u p p o r t e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e b l o c k ma s o nr y s h e a r wa l l s b u i l d i n g,t h e d e s i g n
5、 a n d c o n s t r u c t i o n o f a 1: 4 s c a l e f r a me s u ppo rte d r e i n f o r c e d c o nc r e t e ma s o n ry s h e ar wa l l s bu i l d i ng a r e i nv e s t i g a t e dTh e d i me ns i o n s e f f e c t ,d e t a i l s me a s u r e,i n s t all a t i o n t e r r a, a n d o u t l a y c o
6、nd i t i o n are c o n s i d e red The r e s u l t s o f t he ma t e rial me c ha ni c s p e rfo r ma n c e us e d b y mo d e l bu i l di ng are an aly z e d a n d c o mp a r e d wi t h t h e t he o r e t i c al s o l u t i o n s I t i s s h o w n t h a t t h e 1: 4 s c ale mod e l b u i l d i n g C
7、 a l l r e s po n d t h e d y n am i c c h a r a c t e ris t i c o f t h e p r o t o t y p e b u i l d i n g c o mp l e t e l yB a s e d o n t h e d y n a mi c s i mi l ar p ri n c i p l e ,t h e me mb e r s e c t i o n a n d rei n f o r c e me n t o f p r o t o t y p e b u i l d i n g are c o n v e
8、 rte d i n t o 1 : 4 s c a l e mod e l b u i l d i n g S Mo r e o v e r t h e ma t e ri a l s a n d c o n s t ruc t i o n me t h o d s are i n t r o d u c e d Ke y w o r d s : r e i n f o r c e d c o n c ret e b l o c k m a s o n r y ;f r am e - s u p po rt e d s h e a r w a l l ;1: 4 s c a l e t e
9、s t i n g mod e l b u i l d i n g O 前 言 配筋混凝 土砌块砌体 框支剪 力墙结 构体 系 , 既保 持 了配筋混凝 土砌块砌 体剪力 墙的特 点 , 又扩大 了其 应用范围 , 同时 比钢筋 昆 凝土框支剪力墙经济 , 具有广 阔的应用前景。在 7度地震 区建造 高层 的配筋混凝土 砌块砌体框 支剪力墙房 屋 , 目前 国内外 缺乏 系统 的试 验研究 。针对 1 : 4缩 尺 比例 的 1 4层 配筋混凝 土砌块 砌 体框支剪力墙房屋 的下部 四层进行子结构拟动力试 验 , 底层为框架一 剪力墙 , 上部 三层为 配筋混 凝土 砌块 砌体剪力 墙。研究
10、原型 房屋 与模 型 房屋 的相似 性关 系 、 模型房屋缩 尺 比例 , 将其运用于 1 : 4配筋混凝 土砌 块砌体框支剪力墙模 型房屋 的设计 与制作 , 并 对模 型 房屋所采用的材料进行基本 力学性能试验 。 1 模 型 房屋 缩 尺 比例 根据文 1 , 2 提 出的抗 震 试 件 的合 理 尺 寸 范 围, 确定 整体模型房屋 的缩尺比例为 1 : 4 。对于模型房 屋中的底部框架结构 , 现有研究成果表明_ 】 J , 当钢 筋混 凝土最小边长大 于 l O O m m时 , 尺寸效应 不 明显 。文中 摸型采用 l : 4比例时, 钢筋混 凝土柱 、 梁 的尺寸均大于 l O
11、 O mm, 可以忽 略尺 寸效应 的影 响。模 型所 用各 种 钢 筋采 用与原 型相同强度 等级 的钢筋 , 同时可 以满足 规 范要求_ 3 j 的构造措施 , 并 有利于混凝土的浇捣 。 对于模 型房屋 中 的配 筋混凝 土砌块砌 体剪力墙 , 做了各种模 型材料 的基本力 学性能 的试 验 , 试验结 果 与按规范【 j 的计算结果基 本接近 。灌孔混凝土小试 块 抗压 强度 试 验结果 与标 准试 块 的试验 结 果也基 本 接 近 。可 以忽略尺寸效应对模型房屋的影响。钢筋采 用 与原型相同的强度 等级 , 模型 砌块 内孔 的大小可 以满 足浇捣灌孔混凝土的要求 。 结构试验室
12、现有多台 M 公司 作动器 , 其 中最 大 出力限值为1 0 0 0 k N, 超过 1 : 4比例模 型房屋 的极 限承 载力 。竖向加载的承力钢架净空 只有 5 m, 限制了模 型 房屋 的高度 , 同时考 虑到钢架 的刚度 对作动器 出力的 影响 , 确定采用原型房屋下部四层 , 按 1 : 4比例制作模 型房屋 , 采用子结构拟动 力试验方法 , 可 以满足试验室 的设备条件 。 综合考虑 以上因素 , 采用 1 : 4缩 尺比例的 1 4层配 筋混凝土砌块砌体框支剪 力墙房屋 的下部四层进行子 结构拟动力试验 , 模 型房屋 能够反 映原型房屋 的受力 * 砌体结构设计规范 管理组
13、 、 长沙市墙改基金资助项 目。 9 7 维普资讯 性能和破坏形态。 2 模型设计 原型房屋 为两跨 十开 问 、 底部 为框 架一 剪 力墙 、 上 部为配筋 混凝 土砌块 砌 体剪力 墙 的商住 楼。总共 1 4 层 , 底层层高 为 4 5 m, 上部层 高为 2 8 m。位 于 7度抗 震设防区 , 类 土场地 , 地震分组 I类 , 设计 特征周期 0 4 5 s 。房屋总 高为 4 0 9 m 。底部层 1 , 2为底部加强部 位 , 总高度 为 7 3 m。底部 框架 的抗 震等级 为一 级 , 配 筋混凝土砌块砌体 剪力墙 的抗震 等级为二级 , 轴压 比 限值为 0 6 。底
14、部框 架采用 C A 0 混凝土 , 配筋混凝土砌 块砌体 剪力 墙采用 M U 2 0混 凝土 小型空 心砌 块 、 M b 2 0 混合砂浆砌筑 , 采用 C b 4 0大流动性混凝土灌孔 。采用 P K P M结构计算 软件 中 S A T WE模块 , 按 照复杂高 层建 筑结构设计 的规定进行计算 , 由于 S A T WE模块 中没有 配筋混凝土砌块砌 体剪力墙 , 计算 中按墙 体 刚度相等 的原则 , 即: E m , m= E , ( 1 ) 式中 E 为灌孑 L 混凝土砌块 砌体 的弹性模量 , , 为相 应截 面的惯性矩 , E 为混 凝土 的弹性模量 , , 为相 应
15、截 面的惯性矩。将 配筋混凝土砌块砌体 剪力墙的刚度 折算为钢筋混凝土 剪力墙 的刚度 , 进行 结构 内力 和构 件配筋计算 。并运用底部剪力法对原 型房屋 进行结构 计算 , 与 S A T WE的计算 结果 进行 比较和校 核 , 计算 结 果 相 近 。 试验模 型取实 际房屋 的 两个 开间 , 平 立面 如 图 1 所示 。模型房屋中各种构件的尺寸和配 筋均根据相似 性原理 , 由原 型房屋转换 为模 型房屋 的各构 件 的尺 寸 和配筋 。模 型采用 1 : 4比例。模型墙体采用原型 混凝 98 C o )层 2 ,-,4平面 ( c )轴, 立面 ( d 】轴 ,立面 图 1
16、模 型平 、 立面图 , -0 土空心砌块 ( 3 9 0 x 1 9 0 x 1 9 0 ) 按 1 : 4比例 的模具缩尺生 产 的混凝土空心小砌块砌筑 , 并用细石混凝土满灌孔 ; 横墙 、 纵墙厚 度为 4 7 5 m m, 按 砌体 结构 设计规 范 _ 5 j 的要求配置水 平和竖 向钢筋 , 并满 足 7度抗 震设 防区 的抗震构造要 求 ; 上部墙 体全部满 灌孔混凝 土。模 型 底部为钢筋混凝 土框架 , 配筋 混凝土砌 块砌体剪力墙 结构 ; 底 部框架 结构按 高 层建 筑混 凝土 结构 技术 规 程 _ 4 J 中复杂高层 建筑 结构设 计 的规定 进行配筋计算 及满足
17、构造要求 ; 钢筋混凝土柱截面尺寸 为 1 2 5 X 1 7 5 , 框架梁截 面尺 寸为 1 2 5 x 2 0 0 , 框架纵 向联 系梁截 面尺 寸为 1 0 0 x 1 5 0 , 框架 内配筋混凝土 砌块砌体剪 力墙厚 度为 4 7 5 m m, 同时按规 范要求 配置水 平和竖 向钢筋 , 墙体 内满灌孔混凝 土。层 2 梁 板混凝 土整体 现浇 , 板 厚 5 0 m m , 层 3 , 4 楼板厚 3 0 m m, 楼板下 为高 7 5 m m钢筋 混凝土圈梁。层 4顶板需要 承受竖 向配重 的荷载 , 混 凝土板厚为 1 5 0 mm。 2 1模型材料基本力学性能 参照 砌
18、体基本力学性能试验方法标准 _ 6 进行模 型砌块力学性 能试验 , 模 型砌块上 下表 面经 坐浆处理 后进行抗压 试验 , 试验结果见表 1 , 其抗压强度平均值 为 f l =1 9 5 8 N m 。 混凝 土砌块 抗压强度试 验结 果 表 1 试件编号 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 Q 6 抗压承载力 ( k N) 6 0 7 0 】 】 3 1 0 0 8 7 8 3 抗压强度( N ra m ) 1 2 9 6 1 5 】 】 2 4 4 0 2 1 6 o 1 8 7 9 l 7 9 2 试件编号 Q 7 Q 8 Q 9 Ql O Q 1 1 Q 1 2 抗压承载力
19、( k N ) 】 】 0 8 6 1 2 4 】 】 2 7 2 7 l 抗压强度( N m m 2 ) 2 3 7 5 1 8 6 0 2 6 7 7 2 4 1 8 1 5 5 5 l 5 3 3 模 型房屋 每层均 留置砂 浆试块 、 钢筋混凝 土构件 混凝土试块 、 灌孔混凝土试块 , 砂浆试块尺寸为 7 0 7 x 7 0 7 x 7 0 7 , 混 凝 土 试块 为 1 5 0 x 1 5 0 x 1 5 0 。参 照 文 6 , 7 进行 试件试验 , 试验结果 见表 2 。为了研究灌 孔混凝土的尺 寸效 应 的影 响, 层 1 , 2的灌 孔混 凝土用 砂浆试块模 做 了两组
20、试 块。试验结果 表明 : 用砂 浆试 块模 与用 混凝 土试块 模所 做试块 的抗 压 强度 非 常接 钢筋 力学性 能 表 2 直径 编号 延伸率 直径 编号 延伸率 ( N ) ( N ) ( ) ( N m m 2 ) ( N ra m 2 ) ( ) 1 3 3 4 4 4 1 4 0 3 4 1 3 8 6 1 4 8 5 7 2 6 2 3 3 4 4 4 2 9 9 3 4 2 3 8 6 4 4 8 7 7 2 6 中d 中8 3 3 8 2 2 4 6 l 8 4 0 3 3 7 8 2 4 8 5 7 2 6 平均 3 5 0 3 4 3 5 2 3 6 7 平均 3 8
21、 4 6 4 8 6 4 2 6 1 4 6 7 1 6 1 5 7 2 7 3 1 4 3 7 9 6 5 6 _ 8 2 2 5 2 5 6 6 2 6 2 9 9 3 1 6 2 4 7 7 7 6 5 6 _ 8 2 2 5 中 6 业 8 3 5 0 6 0 6 1 2 2 2 73 3 4 5 7_ 8 6 5 6 _ 8 2 25 平均 5 1 3 1 6 1 9 3 2 8 7 平均 4 5 7 8 6 5 6 8 2 2 5 维普资讯 近 , 灌孔混凝 土的尺寸效 应可 以忽略 。由此 可得 出用 标准的混凝土试块所做的抗压强度试验结果可 以用 于 1 : 4比例 的模型房屋
22、 , 试验结果是真实的。 模型房屋 中采用 ( p 4 , ( p 6 , ( p 8 , 堂8钢 筋 , 在 万能 试 验机上进行拉力试验 , 试验结果见表 3 。 模型房屋材料性能( N m m ) 表 3 材料 楼层 抗压强度 平均值 底板 3 1 1 3 5 6 3 4 2 3 3 6 混 1 4 6 0 4 7 6 4 6 9 4 5 8 4 7 6 4 6 8 凝 2 4 3 8 4 4 0 44 4 4 2 O 4 3 5 土 3 3 5 1 4 0 7 3 6 4 3 7 4 4 2 6 2 2 4 9 2 5 8 2 5 6 1 3 4 0 3 8 4 3 3, 4 3 5
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- 关 键 词:
- 混凝土 砌块 砌体框支 剪力 房屋 模型 研究
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