EPS模块保温系统结构设计初探

赵 寰

(方略建筑设计有限责任公司，北京 100142)

EPS模块保温系统结构设计初探

赵 寰

(方略建筑设计有限责任公司，北京 100142)

EPS模块保温系统需要在剪力墙结构原来用砌块砌筑的部分采用现浇混凝土墙结构，采用等效刚度法结合PKPM软件分析，初步探讨了这种结构的特点及计算方法，论证了这部分结构不能仅当作荷载输入，还应在PKPM结构计算软件中按照墙上开洞的方法计算。

绿色建筑，剪力墙结构，抗震

京津冀地区作为环境污染尤其是空气污染较为严重的地区，治理污染保护环境的形式严峻。据统计,全球能量的50%消耗于建筑的建造和使用过程。加强建筑的保温设计，可以有效的减少建筑耗能。2015年7月1日河北省住房和城乡建筑厅发布了居住建筑节能设计标准，同时批准了EPS模块现浇混凝土剪力墙保温系统。笔者进行这种结构设计时，发现这种结构需要在原来使用砌块砌筑的部分使用现浇钢筋混凝土墙，这种墙为构造作用，可以设计的较薄。通过研究发现，即便是较薄的混凝土墙对结构的整体刚度仍然有较大影响。不能像对待砌体结构一样，把这部分结构仅当作荷载输入。应该把这部分按墙体输入，并在PKPM结构计算软件中按照墙上开洞的方法计算。

1 墙体的侧向刚度等效

本文采用的墙体侧向刚度是指使墙体顶端产生单位侧移而需在顶端施加的水平力。

1.1砌体结构刚度计算

如图1所示,δb为弯曲变形，δs为剪切变形。

δ=δb+δs=h3/12EI+1.2h/0.4AE。

K1=1/δ=E1t1/(h/b)[(h/b)2+3]。

1.2剪力墙结构刚度计算

如图2所示,δb为弯曲变形，δs为剪切变形。

δ=δb+δs=h3/3EI+1.2h/0.4AE。

K2=1/δ=E2t2/(h/b)[4(h/b)2+3]。

1.3刚度等效

令K1=K2,即：E1t1/(h/b)[(h/b)2+3]=E2t2/(h/b)[4(h/b)2+3]。

根据《建筑抗震设计规范》7.2.3条，不考虑洞口影响。

1

t2/t1=E1/E2×[4(h/b)2+3]/[(h/b)2+3]≈E1/E2×3。

取C20混凝土E2=25 500 MPa，取轻骨料混凝土砌块砌体。Mb=7.5，MU=10。E1=4 000，t2/t1=0.47,即200厚砌块墙体取90厚混凝土墙体，刚度是等效的。

本模型没考虑砌体墙开裂的影响，因为混凝土构造墙刚度较小也可能开裂。

2 计算分析

分析采用PKPM软件。

模型1采用90厚混凝土构造墙，模型2采用200厚砌块墙，周期折减系数0.8。

2.1刚度比较

模型1(剪切刚度):RJX1=5.168 9E+07 kN/m，RJY1=5.769 7E+07 kN/m。

模型2:RJX1=5.022 2E+07 kN/m，RJY1=5.603 3E+07 kN/m。

标准层总刚度较为接近，表明等效可行。

2.2周期比较

模型1:第一平动周期：0.622 2，第二平动周期：0.548 6。

第一扭转周期：0.444 3。

模型2:第一平动周期：0.726 5，第二平动周期：0.643 1。

第一扭转周期：0.545 6。

等效模型周期变短，普遍减少0.1 s。改变周期折减系数对周期值没有影响。即软件计算周期时没有考虑砌体结构刚度。但是改变周期折减系数地震作用力增大了。

2.3位移比较

模型1:X方向地震作用下的最大层间位移角:1/1 659。

Y方向地震作用下的最大层间位移角:1/2 640。

X方向最大位移与层平均位移的比值:1.03。

Y方向最大位移与层平均位移的比值:1.08。

模型2:X方向地震作用下的最大层间位移角:1/1 721。

Y方向地震作用下的最大层间位移角:1/1 874。

X方向最大位移与层平均位移的比值:1.05。

Y方向最大位移与层平均位移的比值:1.02。

位移相差较大，改变周期折减系数影响不大。之所以出现这种情况，笔者认为主要有两个原因:1)现行规范对填充墙大部分情况只考虑重量而不计算其刚度，将计算所得框架房屋的基本周期采用调整系数予以降低，由计算之地震荷载全部分配给所有框架，而不考虑填充墙本身承受地震荷载的能力。实际上为了防止填充墙在地震时倒塌，现行规范用加拉接筋、圈梁、构造柱等方法加强了其与整体的连接和其自身的强度。本文未考虑质量的变化，也是因为可在周期折减系数体现这种影响。2)在PKPM软件中连梁按洞口输入和按梁输入对计算结果有影响。

综上所述，EPS模块现浇混凝土剪力墙结构计算时应该把构造混凝土墙按实际情况输入，在PKPM结构计算软件中采用墙上开洞的方法计算。本文通过初步分析证实PS模块现浇混凝土剪力墙结构是一种独特的结构形式，应从规范的角度并结合结构计算软件的应用进行进一步分析。

3 结语

本文从基本结构概念的角度并结合PKPM软件的实际情况对EPS模块现浇混凝土剪力墙保温系统特点进行了初步分析并提出了计算方法。笔者认为该系统虽然满足了节能设计标准的要求，但是由于部分部位用钢筋混凝土代替了砌体结构，在建筑材料生产中造成了更大的资源消耗，绿色建筑的要求是针对建筑全生命周期的，所以该体系仍存在改进的余地。比如对原建筑砌块部分采用预制隔墙等方法。其实相关厂家有相应产品，但是存在应用在特定部分例如厨房卫生间刚度不足和不满足防火要求等缺点。从更为基本的方面考虑之所以出现这些问题，主要是因为现行抗震概念还是以抗为主，剪力墙结构就是这种观念的代表，造成了较大的资源消耗，而以减震耗能为主，主要采用钢结构、预制构件的结构体系更符合未来绿色建筑的要求。

[1] GB 50003—2011,砌体结构设计规范[S].

[2] GB 50011—2010,建筑抗震设计规范[S].

[3] 杨春侠,侯晓辉.框架填充墙结构刚度计算模型比较[J].福建建材，2011(1)：40-41.

[4] 郝艳娥,兰永强.砌体结构中墙体侧移刚度的计算及规范应用[J].江西建材，2014(13)：37.

InitialconstructiondesignofEPSmodulethermalinsulationsystem

ZhaoHuan

(FanglveArchitectureStudio,Beijing100142,China)

When we use EPS module thermal insulation system, concrete wall are substituted for block wall. Has touched on feature of this construction and method of calculate by equivalent stiffness method and PKPM, and discover it can’t be input as load, it should use the method of hole-in-the-wall to calculate by PKPM.

green building, shear wall structure, earthquake resistant

TU318

A

1009-6825(2017)27-0040-02

2017-07-17

赵 寰(1977- )，男，工程师