关于薄弱连接楼板的抗震性能分析
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摘 要：近年来，随着我国建筑施工技术的发展，高层建筑物的复杂体型越来越常见，这种建筑结构设计中，楼板局部容易存在开洞或不连续现象。基于此，本文以薄弱连接楼板作为研究对象，根据薄弱连接楼板的研究现状和工程概况分析，分别从楼板振动特性、应力分布、中震下楼板设计等方面阐述薄弱连接楼板的抗震性能，并通过薄弱连接楼板厚度与材料强度探究其对结构抗震性能的影响。
关键词：薄弱连接 楼板结构 抗震性能
中图分类号：TU352.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）08（c）-0132-02
薄弱连接楼板在承受竖向荷载时，还需要承担传递水平荷载作用到抗侧力体系上。结合相关研究表明，现如今的简化设计无法有效应用在高层建筑复杂结构的薄弱连接楼板中，因此，本文以使用了分块刚性模型，应用时程分析法计算出薄弱连接楼板的内力，并对其抗震性能展开分析，为薄弱连接楼板的结构优化设计提供参考依据。
1 薄弱连接楼板研究现状
1.1 现状分析
薄弱连接楼板在建筑结构中可以将竖向荷载分配到梁柱上，楼板与屋盖之间可以相互协调变形，提高建筑结构的整体性，这也是多重抗侧力体系可以有效应用的关键原因。但是当前竖向荷载的受力构件在地震下无法保证其可靠性，研究人员和施工单位没有重视现浇混凝土楼板的应用，薄弱连接樓板设计依然为竖向荷载作用。早前有人应用pSEA方法加以分析，考虑了竖向荷载和水平荷载产生的楼板应力与平面内应力对建筑结构的影响，得知框架剪力墙下，水平内力将成倍递增，复杂结构高层建筑中，对薄弱连接楼板的深入分析尤为关键。本文以使用有限元分析软件建立模型，同时用到时程分析法探究薄弱连接楼板的内力，将其与反应谱法结果相比较，对类似的建筑楼板提出了可靠的设计建议[1]。
1.2 工程概况
某工程建筑施工中，建筑物采用了框架结构体系，抗震设防为7度。屋面部分楼板设置了中层采光棚顶，顶部为钢结构屋盖，楼板被划分为几块。由于楼板属于刚性楼板，结构在前三阶模态中体现出整体振动，但顶部楼板建筑结构复杂，特别是刚性模型被分块后，前三阶振动表现为局部振动。这说明刚性楼板的假定已经不适合用在复杂结构下的薄弱连接楼板研究，高阶局部振型在复杂建筑结构内作用较为显著。
2 薄弱连接楼板的抗震性能分析
2.1 楼板的振动特性
薄弱连接楼板两端主体结构能够自由振动。当地震发生时，在地震波的影响下，建筑主体结构会反向运动，以此增加薄弱连接楼板的平面内应力，这一内应力的产生与结构两端主体变形有关。应用ETABS计算得知有关内容，了解薄弱连接楼板的连接处，地震波作用下，第一阶反向振型发生在0.472s左右;第二阶反向振型发生在0.356s左右[2]。
2.2 应力分布
分析薄弱连接楼板的应力分布情况，将顶层楼板的厚度设定为200mm时，对于时程分析与反应谱分析结果。经研究发现，时程分析法得到薄弱连接楼板的应力比反应谱法高，例如El Centro波，13.42s时薄弱连接楼板的局部最大为2.93MPa。反应谱法中该时间的应力为1.26MPa。对比两种结果，二者的薄弱连接楼板应力值相差了2.33倍。
2.3 中震下楼板设计
分析建筑物在地震中，薄弱连接楼板从头到尾都在传递与分配水平力，并对该楼层内竖向结构件的变形情况加以协调。复杂结构的建筑楼板中，确定薄弱连接楼板的抗震性能目标主要如下：小型地震作用下达到抗震性能水准1a;中型地震作用下达到抗震性能水准1b;大型地震作用下达到抗争性能水准2.薄弱连接楼板的抗地震设计中，不仅要考虑到竖向力影响下平面外弯矩、扭矩、横向剪力，还需要结合传递水平力时造成的剪力与轴力，综合分析薄弱连接楼板的抗震性能。
以中型地震的设防水准为例，建筑结构中有个别构建具有塑性，但仍然可以近似为建筑结构整体为弹性。这时应力为S中震≤βRSS小震。其中，β代表的是中震的放大系数，取值为0.15g/0.055g=2.72;RS代表的是非线性修正系数，在本文中取值为0.9。这一状态下，允许薄弱连接楼板在震后维修裂缝，但钢筋混凝土建筑楼板内的主拉应力值需要满足该公式：
。其中，左边部分表示的为中震环境下混凝土楼板主拉应力设计值;fY和γR分别代表的是薄弱连接楼板中钢筋屈服强度和承载力抗震调整系数;ASV和ASH分别代表的是y向钢筋面积与s向钢筋面积;Sh与SV代表的为x向钢筋间距和y向钢筋间距;d为薄弱连接楼板厚度;α为主拉应力方向和x轴的夹角。
取值钢筋间距为100mm，当薄弱连接楼板的厚度达到200mm时，能够计算出钢筋面积。反应谱法中钢筋面积为1126m2，时程分析法中钢筋面积为2593mm2。
2.4 参数分析
2.4.1 楼板厚度影响
将两种不同厚度的薄弱连接楼板进行比较，其中一种薄弱连接楼板厚度为200mm，另一种薄弱连接楼板的厚度为400mm。200mm的楼板中反应谱法的最大剪应力为0.15MPa，时程分析法的最大剪应力为3.17MPa;主拉应力方面，反应谱法为1.51MPa，时程分析法为3.45MPa。400mm的薄弱连接楼板中，反应谱法和时程分析法的最大剪应力分别为0.27与2.01MPa;主拉应力分别为1.25与2.27MPa。分析此时的钢筋面积，具体如下：200mm薄弱连接楼板中，反应谱法与时程分析法的主拉应力设计值分别为4.77MPa与10.98MPa，钢筋面积为1126与2593mm2。400mm薄弱连接楼板中，主拉应力设计值分别为3.98与7.22MPa，钢筋面积为940与1705mm2。
2.4.2 材料强度影响
分析材料强度对薄弱连接楼板抗震性能产生的影响，当薄弱连接楼板厚度取值为200mm时，分析混凝土强度对薄弱连接楼板配筋产生的影响。具体如下：C30强度的混凝土中，反应谱法下主拉应力为4.77MPa，配筋面积为1126mm2;时程分析法下主拉应力为10.98MPa，配筋面积为2593mm2;C40强度混凝土中，反应谱法下薄弱连接楼板主拉应力为3.99MPa，配筋面积为942mm2，时程分析法中楼板主拉应力为7.85MPa，配筋面积为1854mm2。
经分析得知，增加薄弱连接楼板宽度可以有效改善楼板的力学性能，提升材料强度也有相应的效果。如果采用增加薄弱连接楼板厚度的方法来强化连接板，楼板结构自身自重与造价会提升，因此在建筑施工中不建议采用增加楼板厚度的办法来强化其抗震性能。反应谱法也被称为振型分解反应谱法，这种方法不适合用在分块状态下的刚性模型、多塔楼大底盘模型的薄弱连接楼板应力分析中[3]。对于高层建筑的复杂体型结构，为了了解薄弱连接楼板的实际抗震性能，建议使用时程分析法。对于结构较为复杂的建筑楼板，由于薄弱连接楼板需要传递与分配水平力，并起到抗侧力体系变形的协调作用，建议施工人员在楼板的薄弱部位进行抗震性能指标研究，尽可能提升指标，并综合考虑水平力下的轴力与剪力。
3 结语
总而言之，分析建筑工程施工中薄弱连接楼板的相关设计参数，得知增加薄弱连接楼板的宽度、提高材料强度可以有效强化连接板的受力现状，改善薄弱连接楼板内部应力分布，提高楼板在地震发生时的抗震性能。实际施工中，要求施工单位综合施工现场情况，结合总施工成本支出，分析该地区的地理条件与地震响应情况，慎重采用各类研究方法，确保薄弱连接楼板抗震性能得到保证，延长建筑结构使用寿命。
参考文献
[1] 杨青.高层建筑结构性能设计及其薄弱连接的研究[D].华南理工大学，2016.
[2] 夏林，沈淳.薄弱连接楼板抗震性能分析[J].建筑结构，2017，41（S1）：116-119.
[3] 刘宬，王耀龙.平面不规则结构中薄弱连接楼板的抗震设计[J].建筑结构，2009，39（S1）：562-565.
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