磷石膏輔材與鋼筋混凝土空間網(wǎng)格框架結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著社會發(fā)展，城市用地日益緊張，而人們對居住、辦公條件要求越來越高，因此，新建建筑都在向高層方向發(fā)展。常見高層建筑結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)、巨型結(jié)構(gòu)等，其中，傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)至今已有100多年的發(fā)展歷史。本文從節(jié)能角度出發(fā)，首次提出一種新型結(jié)構(gòu)體系，即磷石膏輔材與鋼筋混凝土空間網(wǎng)格框架結(jié)構(gòu)體系，新結(jié)構(gòu)體系不僅抗剪剛度大，且能克服傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)肥梁胖柱、有墻必有梁的弊端，形成大柱網(wǎng)、大空間、自由隔斷。該體

2、系由現(xiàn)澆磷石膏填充墻、網(wǎng)格框架墻體、磷石膏模盒密肋空心大板樓蓋組成，網(wǎng)格框架墻體和密肋空心大板樓蓋形成空間網(wǎng)格框架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)體系是已應(yīng)用的鋼筋混凝土空間網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)和裝配整體式鋼空間盒式結(jié)構(gòu)的雛形。
　　磷石膏應(yīng)用在建筑中，一般采用砌筑砌塊方式，不僅施工速度慢，且砌塊中磷石膏摻量一般在50％以下。本文首次提出把磷石膏通過現(xiàn)澆方式澆筑為外墻，大大加快施工進(jìn)度，且磷石膏摻量可達(dá)85％。針對磷石膏凝結(jié)時間快、耐水性能差等特點(diǎn)，通過試驗(yàn)

3、研究確定出磷石膏灌漿料的合理配比，使其初凝、終凝時間滿足施工工藝要求，抗壓強(qiáng)度略高于燒結(jié)普通磚，放射性符合建筑主材標(biāo)準(zhǔn);通過在磷石膏外墻墻體刮專用石膏粘結(jié)劑、界面劑和摻加聚合物砂漿抗裂劑的水泥砂漿，解決了磷石膏外墻遇水軟化、防水和抗?jié)B性能。
　　本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“現(xiàn)澆磷石膏承重墻及現(xiàn)澆磷石膏-混凝土網(wǎng)格式框架組合墻的破壞機(jī)理和承載力設(shè)計研究”(NO.51168008)和貴州省科技廳項(xiàng)目“以磷石膏為建筑主材和輔材的低、中

4、、高層建筑節(jié)能住宅的研究”(083061)，對磷石膏輔材節(jié)能建筑鋼筋混凝土空間網(wǎng)格框架結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行系統(tǒng)的研究，主要研究工作如下:
　　(1)通過對翁福集團(tuán)生產(chǎn)的工業(yè)副產(chǎn)物磷石膏物理力學(xué)性能研究，確定現(xiàn)澆磷石膏墻體灌漿料的合理配比，能同時滿足施工工藝、放射性、墻體干燥要求，結(jié)合實(shí)際施工工法，給出磷石膏澆注墻體現(xiàn)場施工操作方法和外墻防水做法。上述工作解決了現(xiàn)澆磷石膏墻體應(yīng)用于工程的施工問題。
　　(2)介紹該結(jié)構(gòu)體系的組成:現(xiàn)澆

5、磷石膏填充墻、空間網(wǎng)格框架結(jié)構(gòu)墻體、磷石膏模盒密肋空心大板樓蓋。對比分析單榀網(wǎng)格框架和常規(guī)框架的受力性能;分析影響高層空間網(wǎng)格框架結(jié)構(gòu)墻體力學(xué)性能的因素;并對單榀空間網(wǎng)格框架結(jié)構(gòu)墻體進(jìn)行簡化計算公式推導(dǎo)，并與有限元計算結(jié)果進(jìn)行對比。推導(dǎo)出密肋樓蓋連續(xù)化分析計算公式，并給出矩形平面簡支密肋大板的求解;提出磷石膏模盒密肋空心大板樓蓋實(shí)用設(shè)計方法，并與有限元計算結(jié)果對比。
　　(3)進(jìn)行3榀網(wǎng)格框架墻體和2榀常規(guī)框架墻體在低周反復(fù)荷載作

6、用下的試驗(yàn)，研究了網(wǎng)格框架墻體的滯回曲線、骨架曲線、延性及耗能等，并與常規(guī)框架結(jié)構(gòu)做對比分析。
　　(4)對試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行非線性有限元分析，采用混凝土損傷塑性模型，試驗(yàn)結(jié)果與有限元分析結(jié)果最大水平承載力吻合較好，但有限元滯回曲線比試驗(yàn)更飽滿。隨著柱軸壓比的增大，構(gòu)件水平最大承載力有一定程度的提高，但耗能能力進(jìn)一步減弱。
　　(5)對該新型結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行連續(xù)化分析。連續(xù)化分析計算方法簡便可靠，可直接應(yīng)用于實(shí)際工程，計算結(jié)果與有限元

7、計算結(jié)果吻合。連續(xù)化分析時，不能忽略梁剛度的貢獻(xiàn)。
　　(6)彈性動力時程分析時，地震波的選取很重要。彈塑性靜力分析和彈塑性動力時程分析結(jié)果吻合，由于彈塑性動力時程分析耗時較長，通常可先進(jìn)行彈塑性靜力分析找到結(jié)構(gòu)的薄弱層，從而采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施。
　　(7)分析影響空間網(wǎng)格框架結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的因素，給出合理的網(wǎng)格尺寸。結(jié)合算例，分別采用常規(guī)框架結(jié)構(gòu)、空間網(wǎng)格框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，對其造價、綜合性能進(jìn)行分析，當(dāng)采用后者時，有較好的經(jīng)