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陶板幕墙抗震性能试验研究

发布时间:2020-9-25 0:00:01浏览次数:6426文章出处:长沙幕墙设计公司口碑
   一、概述

    虽然幕墙自身承受的地震作用通常较小,但地震作用具有动力特性,对连接节点影响较大,而连接节点破坏有可能引起幕墙的损坏或脱落,因此对幕墙进行抗震性能研究是很有必要的。幕墙模拟地震振动台试验是目前研究幕墙地震反应和破坏机理的最直接、最有效的方法之一。陶板幕墙在国内应用较少,尚缺乏地震区的设计经验和工程实践经验。本文结合北京江河幕墙装饰工程有限公司在天津塘沽的一个实际陶板幕墙工程,进行了陶板幕墙的抗震性能试验研究。试验模型的主体支承结构采用钢框架,平面外围尺寸为2.7m x 2.7m,高度为4.5m;外挂陶板幕墙通过连接件与钢框架连接。试验在北京工业大学的3m x 3m振动台上进行。本次试验的主要目的是检验陶板幕墙系统的抗震性能。



    二、试验方案

    1、模型设计

    模型主体结构采用平面尺寸为2.7m x 2.7m的单层钢框架,层高4.5m,与实际工程相同。模型主要受力构件(柱、梁)采用方钢管和矩形钢管,梁、柱的截面尺寸由动力时程计算分析确定,以保证模拟大震作用下构件基本处于弹性工作阶段,从而保证陶板幕墙抗震性能研究的可信度。梁、柱的连接均为焊接。

    2、陶板幕墙设计

    在模型框架结构四个立面都悬挂陶板幕墙,使试验能更全面地验证陶板幕墙在面内(沿振动方向,即东西向)及面外(垂直于振动方向,即南北向)的抗震性能。单块陶板尺寸为650mm x 200mm x 15mm,幕墙与主体结构连接节点。


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    陶板及其布置方式、连接节点等均与实际工程相同。为便于观察试验现象幕墙工程质量保证措施,在东面留有1.5m x 2m的进人门洞。

    三、试验设备、测点及地震波

    1、振动台

振动台的主要参数如下:台面尺寸为3m x 3m;最大载重量为100kN;工作频段为0.5~50Hz;最大加速度为满载±1.0g;最大速度为±600mm/s;台面最大位移为±127mm。

    2、测点布置情况

    (1)台面上布置1个加速度计,主框架上布置有9个加速度计,陶板上布置1个加速度计,共计11个。测点布置见图3。

    (2)位移计布置

    为了实测幕墙的位移时程反应,在模型南、北两侧各布置了一组位移传感器,分别测量0.5m和4.5m标高处的侧向位移,利用该两点的位移差计算层间位移角。

    3、输入地震波

    实际工程位于天津经济技术开发区,抗震设防烈度为 3 度异形幕墙设计公司哪家好,设计基本地震加速度为0.15g场地为Ⅲ类。试验选用了两条实测强震的地震波及一条人工拟合地震波,地震波的选择兼顾了实际工程所在地的场地条件等因素。试验前用SAP2000计算程序采用三条地震波分别对模型进行了时程计算分析,按其结构反应大小排出了测试顺序,即E1 Centro(NS)地震波、天津地震波和人工地震波。

    四、试验过程简述

    1、试验顺序

    试验过程沿东西方向分别输入E1 Centro(NS)地震波、天津地震波(东西向)和人工地震波。每级台面控制输入加速度峰值分别为50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650,单位为gal,共13级。

    2、主要试验现象

    (1)振动试验过程中,模型振动形态以第一振型为主,当台面加速度输入逐渐增大时,伴有高阶振动反应。

    (2)实测结构频率有衰减现象,表明试验开始时非结构构件有一定刚度,龙骨立柱与主体结构连接近似刚接;随着地震输入的增大,连接螺栓、铝挂钩与铝挂座之间等有松动现象,龙骨立柱与主体结构连接逐渐接近铰接,连接节点刚度下降,模型整体刚度下降,频率下降。

    (3)在输入加速度峰值不大于300gal阶段,随着台面地震输入增大,模型阻尼比增大,此后,基本稳定于0.1~0.13范围内。

    (4)当台面输入加速度峰值达到和超过300gal时,在主振动方向(东西向)上,少数陶板挂钩与挂座之间产生相对滑移,陶板有相互碰撞现象,但陶板无明显损坏,见图4。


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    (5)与主振动方向相垂直的陶板幕墙,虽然为面外受力,但因单块质量轻、地震作用不大,保持完好。


    五、试验结果

    1、模型结构动力特性变化

    (1)SAP2000计算模型的动力特性

    利用SAP2000程序计算出模型的自振特性见表1。由计算结果可知,因幕墙竖龙骨截面尺寸较大,其刚度对主体结构的影响不容忽视,且与主体钢结构横梁的连接方式(刚接或铰接)对整体模型刚度也有较大影响。计算中未考虑陶板自身刚度对模型整体刚度的影响。

    (2)试验模型实测频率及阻尼比

    试验前模型实测一阶频率为4.4922Hz,当经历0.65g的E1 Centro波及人工波后,模型的频率降为2.8323,阻尼比逐渐增加而后趋于稳定,变化范围为

0.065~0.13。

    2、试验模型的实测加速度反应与SAP2000计算结果的比较。

    模型顶层(4.5m标高处)加速度反应实测值和计算值列于表2。

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    模型顶层加速度反应峰值与计算结果相比,总体相一致。当地震输入峰值较小时,实测反应值小于计算值;当地震输入峰值较大(600gal以上)时,实测反应值大于计算值。从测点8(在主体钢结构上)和测点11(在陶板表面上)的反应记录看,显示陶板的动力反应与主体结构的反应大致相当,证明利用主体钢结构上测点反应可以代表幕墙的地震反应。从测点8和测点10的反应记录以及测点7和测点9的反应记录对比看,框架钢梁有局部侧向振动,即在同一标高处,横梁中部测点反应值均大于横梁端部立柱上的测点反应值。因此,构件局部振动的影响在幕墙抗震设计中应引起注意。

    3、试验模型的实测层间位移与SAP2000的计算结果的比较在模型0.5~4.5m标高范围,层间位移及位移角实测值和计算值列于表3。


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    表3中,模型层间位移数据是拉线位移计实测结果通过角度转换后,再将顶、底层(分别为标高4.5m和0.5m)位移每个时刻相减,取南北两组数据平均所得。实测结果与计算结果相比,有一定的偏差,但总的趋势相同,与加速度峰值反应规律大致相同。当地震输入峰值较小时,实测值小于计算值;当地震输入峰值较大时,实测值大于计算值说明实际结构刚度在振动过程中逐渐变小,使得结构地震反应位移呈增大趋势。试验测得结构最大层间位移角为1/60,是在输入EL.Centro波峰值加速度为632gal时得到的,该结果已超过了对一般幕墙结构的变形要求。

    六、结论及建议

    1、陶板幕墙与主体结构连接节点的抗震性能该陶板幕墙与主体钢结构的连接节点的抗震性能良好,在振动台试验的全过程中没有损坏,能保证连接节点的抗震设计要求。

    2、陶板的抗震性能

    该幕墙的陶板自身抗震性能良好。当台面输入加速度峰值达到和超过300gal(相当于7度半大震作用)时,在振动方向上,少数陶板挂钩与挂座之间产生相对滑移,陶板有相互碰撞现象,但陶板和挂件均没有损坏。当台面输入加速度峰值超过600gal(相当于9度大震输入)时,试验测得结构最大层间位移角为1/60,其值已经超过实际主体结构(框架=剪力墙结构)规范[1]规定的弹塑性层间位移角限值(1/100)较多,也超过了有关幕墙规范[2]中对幕墙可承受变形的要求。因此,可认为陶板幕墙的变形性能符合要求。

    3、建议

    由于陶板之间、连接挂钩与挂座之间不打密封胶,在强震下部分陶板在幕墙面内可能产生侧向滑移江苏尚德幕墙材料有限公司,使板缝宽窄不一,甚至陶板相互抵触,虽未发现陶板碰坏,但影响美观。建议工程中考虑采取必要的侧向限位措施,防止强震下陶板面内平动引起的相互撞击。
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