1、1高烈度区框架-核心筒结构设计中轻质墙体的应用与分析上海华东建设发展设计有限公司 副总工程师 赵德良上海同设建筑设计院有限公司 建 筑 师 周琳琳【提要】采用蜂巢轻质墙体，降低结构自重，从而降低结构受到的地震作用，达到降低结构用钢量，降低工程造价，节省墙体投资的目的。【关键词】蜂巢轻质墙体 高烈度 地震作用 工程造价1.海尔斯蜂巢轻质墙体构造海尔斯蜂巢轻质墙体是以纤维蜂窝为芯材，不燃材料植物纤维水泥蒸压板为敷面，用天然玉米淀粉胶复合而成，一种采用专用填充剂为柔性龙骨和相应辅材所链接的全新结构体系。可广泛用于各种建筑物的内隔墙体，因其单位平方米重量仅相当于普通多孔砖墙体的二十五分之一，相当于混凝
2、土空心砌块的十五分之一，相当于轻钢龙骨纸面石膏板的三分之一，所以更适用于高层建筑的内隔墙体。其基本构造见图 1。详见海尔斯蜂巢轻质墙体构造图集/2009 沪 J/T-147图 1 海尔斯蜂巢轻质墙体海尔斯蜂巢轻质墙体具有良好的抗震、缓冲性能，轻质、安装快捷方便、不开缝、不变形，占用空间小；防水、保温、节能、隔音，不含有放射性、毒害性物质，废弃物可降解、无污染；是安全可靠的新型绿色环保建材。该墙材体系全国首创，安装技术经科技查新为国际先进。海尔斯蜂巢轻质墙体自重为 18kg/m2，厚度为 100mm，抗压强度为 5N/ mm2。有专用限位槽、专用填充剂、专用嵌缝剂和专用尼龙锚栓等组合进行安装，构
3、成全新的海尔斯蜂巢轻质墙体结构体系。也是上海市高新技术成果。我们将其在高烈度区框架-核心筒结构设计中的应用，并获得2了很好的成效。2.工程概况宿豫经济开发区商务中心主楼位于江苏省宿迁市宿豫区，为钢筋混凝土框架-核心筒结构，地下 1 层，地上 23 层，结构总高度 81.90 米，总建筑面积约为 20,000m2，抗震设防烈度为 8 度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为 0.30g。标准层结构平面图见图 2，主楼的效果图见图 3。本工程结构设计基本参数见下表：表 1序号 项目 数据内容1 建筑结构的安全等级 二级2 地基基础安全等级 乙级3 桩基安全等级 甲级4 设计使用年限 50 年
4、5 抗震设防类别 丙类建筑6 地基土液化等级及处理 不考虑地基土液化影响7 地震加速度 8 度 0.3g8 设计地震分组 第一组9 场地土类别 III 类场地土10 特征周期 Tg=0.45s11 水平地震影响系数最大值 max=0.24 12 抗震等级 一级13 风荷载 0.40KN/m214 地面粗糙度 B 级 结构设计主要截面见下表：表 2构件类型楼层典型框架柱（bh）框架梁（bh）抗震墙厚度（mm）柱、墙混凝土强度等级地下室第 5 层 6001000 400700400600 700600 C60第 6 层第 12 层 6001000 400700400600 600500 C60C5
5、0第 13 层第 17 层 600600 400700400600 500400 C40C30第 18 层屋面 400600 300500300700 400300 C303图 2 宿豫经济开发区商务中心典型楼层结构平面图图 3 宿豫经济开发区商务中心效果图3.采用海尔斯蜂巢轻质墙体与采用混凝土空心砌块、加气混凝土砌块墙体的比较4由于海尔斯蜂巢轻质墙体密度很小，用于高层建筑将有效减小结构重量，从而降低结构受到的地震作用。对于处在高地震烈度区的高层建筑来说，使用海尔斯蜂巢轻质墙材更能显示出其减轻地震作用的良好效果。下面将以宿豫经济开发区商务中心这一钢筋混凝土框架-核心筒结构为例，对采用海尔斯蜂巢
6、轻质墙体与采用混凝土空心砌块墙体、加气混凝土砌块墙体三种情况下的结构动力特性、地震作用下基底剪力、地震作用下层间位移角、结构配筋用钢量等进行比较。3.1 结构动力特性比较表 3 列出了建筑中采用海尔斯蜂巢轻质墙体与采用混凝土空心砌块、加气混凝土砌块墙体三种情况下的结构动力特性比较，从表中可以看出，当采用蜂巢轻质墙体时，结构的周期较小，而结构的刚度在两种情况下是不变的，说明此时结构的质量较低。实际上，采用海尔斯蜂巢轻质墙体时结构的总质量为 41743 吨，采用混凝土空心砌块墙体时结构的总质量为 46793 吨，采用加气混凝土砌块墙体时结构的总质量为 45011 吨，三者比较后发现采用海尔斯蜂巢轻
7、质墙体结构质量减少约 12和 8%。由于地震作用是惯性力作用，减小结构质量将会减小结构承受的地震作用。表 3 三种情况下的结构动力特性比较支撑类型自振周期海尔斯蜂巢轻质墙体(X+Y+Rz)混凝土空心砌块墙体(X+Y+Rz)加气混凝土砌块墙体(X+Y+Rz)T1（s） 1.3457 (1.00+0.00+0.00) 1.4152 (1.00+0.00+0.00) 1.3905(1.00+0.00+0.00)T2（s） 1.2600 (0.00+1.00+0.00) 1.3242 (0.00+1.00+0.00) 1.3015(1.00+0.00+0.00)T3（s） 0.8569 (0.00+0
8、.00+1.00) 0.9087 (0.00+0.00+1.00) 0.8903(1.00+0.00+0.00)T3/T1 0.6368 0.6421 0.64033.2 结构基底剪力比较表 4 显示出，建筑中采用海尔斯蜂巢轻质墙墙体与采用混凝土空心砌块、加气混凝土砌块墙体三相比较，混凝土空心砌块在地震作用下的 X 向基底剪力减小约 12，Y 向基底剪力减小约13；加气混凝土砌块在地震作用下的 X 向基底剪力减小约 8，Y 向基底剪力减小约 8。就直观的说明了采用该墙体的减震效果。表 4 结构基底地震剪力比较墙体类型基底剪力 海尔斯蜂巢轻质墙体 混凝土空心砌块墙体 加气混凝土砌块墙体X 向基底
9、剪力 (kN) 26503 29731 28610Y 向基底剪力 (kN) 26848 30280 291303.3 结构层间位移角比较从表 5 中能够看出，建筑中采用海尔斯蜂巢轻质墙体时，结构的最大层间位移角较小，说明结构在地震作用下的变形较小，这也反映出采用海尔斯蜂巢轻质墙体的优越性。5表 5 结构最大层间位移角比较墙体类型层间位移角 海尔斯蜂巢轻质墙体 混凝土空心砌块墙体 加气混凝土砌块墙体X 向最大层间位移角 1/920 1/851 1/874Y 向最大层间位移角 1/886 1/840 1/8643.4 结构配筋用钢量比较结构除了承受恒载、活载等竖向荷载外，还要承受地震荷载、风荷载等
10、水平荷载，其中地震荷载的大小对钢筋混凝土构件配筋量有直接的影响。由于采用蜂巢轻质墙材后，建筑的总质量降低，结构承受的地震作用减小，从而结构构件配筋用钢量会降低。通过建筑中采用海尔斯蜂巢轻质墙体与采用混凝土空心砌块、加气混凝土砌块墙体三者的比较，发现采用轻质墙体后，结构配筋用钢量分别减少 8和 5%左右。这将有效降低结构的造价。3.5 海尔斯蜂巢轻质墙体材料自身特点及适用范围根据相关资料，使用海尔斯蜂巢轻质墙体与使用混凝土空心砌块、加气混凝土砌块墙体相比，质量轻，能够增加建筑可利用面积 33.7，节约内墙体投资 2030，更方便安装，其施工速度是普通板材复合墙体的 7 倍，小块砌体砌体的 20
11、倍；减少了施工的工作量。在建筑的普通内隔墙中采用该轻质墙体材料是一种很环保、经济的选择。4.结论通过对海尔斯蜂巢轻质墙体材料的介绍、宿豫经济开发区商务中心框架核心筒结构设计的描述，以及在商务中心设计中采用海尔斯蜂巢轻质墙体与采用普通混凝土空心砌块、加气混凝土砌块墙体三者的比较，能够得到以下结论：采用海尔斯蜂巢轻质墙体后，结构的自振周期有所降低，对采用普通混凝土空心砌块墙体来说结构的总重量减少约 12，结构的 X 向和 Y 向基底剪力分别减少约 12和 13 。对采用加气混凝土砌块墙体来说结构的总重量减少约 8%，结构的 X、Y 向基底剪力减小约 8。使结构的最大层间位移角有所降低，结构配筋用钢量分别减少 8%和 5% ，同时也节约了结构配筋与混凝土用量。增加建筑可利用面积 33.7，内墙体投资节约 20%30，安装简便，减少了施工的工作量。因此，海尔斯蜂巢轻质墙体是一种经济、环保、使用性能良好的建筑内隔墙体材料。参考文献：海尔斯蜂巢轻质墙体构造图集/2009 沪 J/T-147。
