乡镇悬挑结构房屋的抗震性能分析

林秋怡，余龙

（滁州职业技术学院，安徽 滁州 239000）

一、引言

由于我国经济发展的不平衡，在广大的乡镇区域及城市郊区，砖混结构的房屋是普遍采用的，其中为了增加上部结构空间而设置悬挑结构形式大量存在。悬挑构件在地震作用下受力较为复杂，其抗震性能有待研究,同时由于乡镇建设中缺少规范化管理及专业化施工队伍，使得悬挑结构构件成为房屋的薄弱环节[1][2]。本文针对典型乡镇悬挑结构房屋，采用有限元SAP2000对其进行抗震性能模拟和分析，以期分析结果为“新农村”房屋建设提供参考。

二、工程概况

在我国，乡镇区域房屋结构形式主要还是以砖混结构为主。安徽地区农居房屋采用砖混结构占95%以上[3]，层数多为二至三层。在乡镇街区，沿街的房屋为了增加使用面积，同时兼作雨篷之用，普遍在底层以上的楼层处设置悬挑梁。乡镇临街房屋结构平面如图1所示。

房屋共三层，各层层高均为3.0m。承重墙体材料：MU10砖，M7.5混合砂浆，墙体厚为240mm；结构中混凝土强度等级为C25，钢筋强度等级为HRB335，钢筋混凝土构造柱截面为240mm×240mm，圈梁截面为240mm×240mm，其配筋满足《砌体结构设计规范》(GB50003-2011)要求。悬挑梁截面为240mm×400mm，依据规范要求挑梁埋入砌体长度为1.8m[4]，该梁上部配325，下部配212，悬挑部位如图1(b)所示。计算分析时采用程序中的刚性楼板指定[5]，抗震设计烈度为7度。

图1房屋平面图

三、计算与分析

（一）计算方案

在悬挑梁的根部，由于受力情况较为复杂，其抗震性能会有所降低，因此如何提高悬挑部位的抗震性能则有待探讨。为了提高悬挑部位的抗震性能，在原结构模型中增设构件，本文通过对几种方案进行有限元计算比较，来分析各方案的抗震性能。方案一为在悬挑梁端部出设置竖向垂直钢筋混凝土构造柱，连接上下层悬挑梁，形成整体；方案二为在悬挑梁端部与上层悬挑梁根部设置斜柱，如图2所示。

图2增设构件位置示意图

（二）分析比较

依据现行抗震规范[6]，给出了在ElCentro波在加速度峰值调至为220cm/s2时的计算分析结果，原结构和增设构件结构的地震反应比较如下：

1、结构的周期比较

在罕遇地震作用下，通过表1中的数值可分析得到，原结构和增设抗震构件结构的各振型下的周期变化很小，可以忽略不计。这也反映出所增设的垂直柱或斜柱对整个结构的影响较小，不会对原结构的刚度有着显著的增加。

表1各方案结构周期

2、悬挑梁端部位移比较

通过表2中的数据可看出，方案一和方案二的楼层悬挑梁端部的位移较原结构均有减小，其中方案一结构中在底层楼面处的悬挑梁端部的位移与原结构的位移减小相对差值最大，达到30.6%；方案二结构中在底层楼面处的悬挑梁端部的位移较原结构减小值达32.2%，说明采用增设构件的方案一及方案二对结构的抗震性能有着显著的提高。但从表中可得到，方案一结构的悬挑梁端部位移与方案二在各层的位移相对差值均较小，最大的相对差值也只有3.7%，显示方案一与方案二对抗震性能的提高较为接近。

表2各层悬挑梁端部位移

3、房屋顶层悬挑梁端部加速度比较

图3为房屋顶层悬挑梁端部加速度曲线图，图3(a)为原结构与方案一的加速度曲线对比图，图3(b)为原结构与方案二的加速度曲线对比图。原结构与方案一的加速度最大值的相对差值为2.93%，原结构与方案二的加速度最大值的相对差值只有0.78%，通过数值分析得到在结构的加速度方面，增设构件的结构与原结构差值较小。

图3顶层加速度时程曲线图

四、结论

乡镇区域所采用的悬挑梁结构，结构中悬挑梁部位受力较为复杂，结构构件抗震性能较弱。通过在原悬挑部位增设构件构件，能有效地提高结构的抗震性能。

通过计算分析，在原结构中增设垂直竖向钢筋混凝土柱和斜向柱能显著地提高原结构的抗震性能，但考虑到实际施工的情况，采用垂直竖向柱在施工中更易实现。结构中所增设的构件构造及配筋应满足规范中对构造柱的要求，可适当提高构件的配筋。

[参考文献]

[1]吴体,吴松柏,张 翼.四川农居房屋悬挑部分的结构受力分析[J].四川建筑科学研究,2006,32(1)：84-86.

[2]曹均锋,刘庆忠,叶献国 等.皖东北地区农村民居抗震性能调查与研究[J].震灾防御技术,2011,6(2)：136-145.

[3]李新.安徽地区农居房屋悬挑结构抗震性能研究[J].工程与建设,2011,25(3)：365-366.

[4]砌体结构设计规范(GB50003-2011)[S].北京：中国建筑工业出版社,2011.

[5]北京金土木软件技术有限公司,中国建筑标准设计研究院.SAP2000中文版使用指南[M].北京：人民交通出版社,2006：165-168.

[6]建筑抗震设计规范(GB50011-2010)[S].北京：中国建筑工业出版社,2010.