隔墙一吸声体结构的抗震性能分析

隔墙一吸声体结构的抗震性能分析

摘要：本文对某大型隔墙—吸声体结构的抗震性能进行了分析，基于ANSYS建立了隔墙—吸声体结构的空间有限元模型，采用振型分解反应谱法对其地震效应进行了分析。在两级地震作用下，龙骨的应力水平均较低，隔墙本身的主拉应力较接近强度设计值。为了防止吸声体从隔墙脱离，隔墙与龙骨之间的可靠连接是隔墙—吸声体结构安全性的重要保障。

关键词：隔墙—吸声体结构反应谱法ANSYS

轻质隔墙作为一种建筑内围护墙体，在实际运用中具有诸多优点，能够增加使用面积，减轻墙体自重，改善使用功能，降低建筑综合造价，提高建筑施工效率等。不过目前使用较多的轻质隔墙，其隔声效果普遍较差，对于隔声要求较高的建筑，可采用隔墙—吸声体组合结构。该结构采用龙骨支架，将铝合金装饰板吸声体附着在隔墙的表面上，并在隔墙与吸声体之间形成空腔，吸声体一般由穿孔板、玻璃丝棉等组成。典型的隔墙—吸声体如图1所示。

隔墙是非承重构件，在设计时一般通过构造要求来确定其尺寸及连接。然而，多次震害表明，相对于主体结构而言，填充墙、隔墙往往损坏较重，特别是大空间结构内部的隔墙，往往发生大面积破坏。其主要原因之一就是设计上对非承重结构的设计重视不够，施工质量不高。因此，对于地震区的重要大型工程结构，有必要通过抗震分析

来验算隔墙的安全性。本文以某大型隔墙—吸声体结构为研究对象，基于ANSYS建立了其空间有限元模型，采用振型反应谱法求得了其在两级地震作用下的结构响应，并论证了其安全性。

1 有限元模型

隔墙—吸声体结构主要由轻质隔墙、龙骨支架及铝合金装饰板吸声体组成。其中铝合金装饰板吸声体主要由玻璃丝布和玻璃丝棉组成，外表面布置厚度为2mm的铝板，吸声体采用专用龙骨进行固定，专用龙骨通过龙骨支架与隔墙连接，并将其荷载传递给隔墙。有限元模型中，立柱、龙骨和方钢都采用BEAM188梁单元模拟，并定义相应的截面；隔墙、吸声体和钢化玻璃采用SHELL63壳单元模拟，隔墙侧面及顶面的连接采用COMBIN14线性弹簧单元模拟。隔墙结构整体有限元模型如图2所示，有限元模型包含单元总数64993个，节点总数63728个。建立计算模型采用的坐标系（X，Y，Z）如下定义：取隔墙纵向（即走廊走向）为X轴向，竖直方向为Y轴向，隔墙横

向为Z轴向。隔墙结构底部与地板连接处设为固定边界条件，隔墙两侧及顶部与周围墙体连接处设为弹性边界条件，龙骨及吸声体采用节点耦合的方式连接，并在螺栓对应的位置与隔墙节点耦合。

2 材料参数

隔墙-吸声体结构的材料主要是轻质隔墙、Q235型材、铝板、吸声体和钢化玻璃。根据经验，地震作用下隔墙结构应力水平较低，因此不考虑材料非线性，材料参数见表1。

3 荷载及荷载组合

考虑两级地震作用，SL1为厂区安全运行地震动，SL2为厂区极限地震动，地震荷载由厂区地震输入设计反应谱作用到结构上计算得到。结构阻尼比取为0.05，楼层纵向、横向、竖向加速度反应谱如图3至图5所示。将两级地震作用分别于结构自重进行组合，其分项系数均取1，并将（自重+SL1地震作用）定义为A级工况，将（自重+SL2地震作用）定义为C级工况。

4 计算结果与分析

首先计算了隔墙—吸声体结构的前250阶模态，结构的基频为5.47Hz。低阶振型均以单片隔墙的横向弯曲振动为主，频率范围5.47~35.6Hz。隔墙结构在A级、C级工况下的各个主要构件的地震应力及位移响应见表2。A级工况下隔墙的最大主拉应力为0.51MPa，龙骨最大等效应力为9.55MPa，钢化玻璃最大主拉应力为2.58MPa。A级工况下隔墙的最大水平位移为1.67mm，龙骨最大水平位移为1.67mm，钢化玻璃最大水平位移为3.5mm。C级工况下隔墙的最大主拉应力为1.35MPa，龙骨最大等效应力为17.5MPa，钢化玻璃最大主拉应力为4.38MPa。C级工况下隔墙的最大水平位移为3.64mm，龙骨最大水平位移为3.63mm，钢化玻璃最大水平位移为5.7mm。根据《核电厂安全系统电气设备抗震鉴定GB 13625-92》的评定准则，隔墙结构的强度满足规范要求。

5 结论

隔墙—吸声体结构的动力特性表现为单片隔墙的平面外振动，在抗震分析中，可建立单片隔墙的有限元模型进行分析，但应处理好隔

墙交接处的边界条件。在两级地震作用下，龙骨的应力水平均较低，但隔墙墙体在与龙骨连接处的应力较大，接近其抗拉强度标准值，因此应对连接处的隔墙墙体适当补强。

参考文献

[1] 陈庆帅,冀志江,陈继浩,等.轻质隔墙体隔声性能改善途径的分析[J].新型建筑材料,2011(05):31-34.

[2] 吴善福.浅谈框架填充墙、隔墙的抗震设计[J].四川林勘设计,2008(03):79-80.

[3] GB13625-92.核电厂安全系统电气设备抗震鉴定[S].1992.