钢筋混凝土空间网格盒式结构的性能分析

摘 要：简要介绍了钢筋混凝土空腹夹层板楼盖盒式结构新体系组成，以武汉某拟建多层厂房工程为例，采用计算分析软件PKPM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，从结构的自振周期、楼层位移、经济技术指标等进行对比分析，进而体现钢筋混凝土空腹夹层板楼盖盒式结构的优越性。

关键词：空腹夹层板楼盖；盒式结构；经济技术指标；空间刚度

引言

贵州大学马克俭院士基于节约土地、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，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。与常规单层厂房相比，新型结构体系能够明显提高土地的使用率；与多层框架相比，新体系可以在满足大跨度条件下，使结构的混凝土量和用钢量大大降低。

1 工程概况

拟在湖北省武汉市修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，共3层，层高6m，总高为18m，短跨方向为两跨，跨度均为18m，长跨跨度为48m，平面尺寸为36m×48m。抗震设防烈度6度，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，阻尼比取0.05，基本风压是0.3kN/m2，风荷载体型系数统一取1.3，地面粗糙度类别为B类。

结构设计所需的荷载主要有：楼面恒荷载为1.5kN/m2（不包括自重），楼面活荷载取5kN/m2，屋面恒载为1.5kN/m2（不包括自重），活载取0.5kN/m2，外墙自重取等效线荷载7.2kN/m；钢筋为HRB400，梁、柱、板的混凝土均采用C35。盒式结构柱网柱距为3m，网格为3m×sin450=2.121m，板厚取80mm；常规结构柱距为6m，网格宽为3m，板厚取100mm。

钢筋混凝土空腹夹层板楼盖盒式结构柱子截面尺寸为600mm×600mm，上、下肋截面尺寸取为350mm×150mm，剪力键截面尺寸取为350mm×300mm，边梁截面尺寸取为400mm×800mm，层间梁截面尺寸取为250mm×200mm。每层布两道层间梁，各层间梁间距均为2m。

2 力学性能分析

2.1 模态分析

盒式结构和常规结构的前三阶自振周期见表3。由表3中数据可知：钢筋混凝土空腹夹层板楼盖盒式结构各模态周期均小于常规混凝土框架结构，二者第一阶周期比值为1.0360/1.0787=0.96，盒式结构的抗侧刚度大于常规结构；两种结构第一扭转和第一平动周期的比值均小于《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）3.4.5要求的0.9，满足规范要求。盒式结构的周期比小于常规结构的周期比，则其抗扭性能好于常规结构。

2.2 楼层位移

图3是盒式结构与常规结构在多遇地震作用和下的位移曲线。由图3可知盒式结构在X与Y方向的最大位移均小于常规结构，表明其抗侧刚度优于常规结构。

3 经济技术指标分析

在建筑功能要求和工程造价方面，钢筋混凝土空腹夹层板楼盖盒式结构起到很高的良性作用，是一种较常规结构更合理、良好的新型结构。

（1）钢筋混凝土空腹夹层板楼盖盒式结构外墙采用现浇脱硫石膏。脱硫石膏是工业固体废料，我国每年由工厂形成的此类工业石膏约一亿吨，石膏作为建筑材料，不仅具有保温隔热和防火性能、舒适性高、生产速度快等优点，也可起到环保节能、变废为宝、可循环利用的作用。

（2）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小，网格墙架内力分布均匀，节点内力（M，N，V）比常规结构减小很多，如图4所示。由于其内力分布均匀，使各类构件截面尺寸变小形成小构件网格，钢筋用量比常规结构少。

（3）本例中，按照结构模型，对两种模型的混凝土量进行计算，结果见表4，盒式结构与常规结构相比，其总混凝土量下降了（1662.42-1570.40）/1662.42=5.54%。

4 结束语

通过以上对两种结构的力学性能析和经济技术指标对比分析，可知：

（1）钢筋混凝土空腹夹层板楼盖盒式结构的抗侧刚度大于常规混凝土框架结构。

（2）盒式结构将竖向和水平承重构件网格化，使得纵横向抗侧刚度分布更加均匀。

（3）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，混凝土量降低了5.54%，既节约资源，又降低了造价，使得其经济效益较为客观。

参考文献

[1]马克俭，张华刚，郑涛.新型建筑空间网格结构理论与实践[M].人民交通出版社，2006，1.

[2]宋玲玲，张华刚，刘彩，等.空间钢网格盒式结构在多层工业厂房中的应用[J].贵州大学学报：自然科学版，2015，32（2）：108-111.

[3]王其明，马克俭，陈志华，等.钢筋混凝土密肋网格式框架-核心筒结构体系性能分析[J].建筑结构，2013，43（7）：34-37.

[4]熊奇伟，马克俭，陈佳琪，等.钢筋混凝土空间网格盒式多筒结构体系性能分析[J].贵州大学学报：自然科学版，2014，31（5）：71-76.

作者简介：张震（1989-），男，在读硕士，研究方向：钢-混凝土组合结构。