鄭 輝

(沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 110001)

不均勻沉降對(duì)框架混凝土結(jié)構(gòu)的影響解析

鄭 輝

(沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 110001)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，建筑物的結(jié)構(gòu)和高度也都有了相應(yīng)的難度要求，而且如果施工不當(dāng)，地基和一些其他的地方就會(huì)發(fā)生一些沉降的問(wèn)題，而這些問(wèn)題，嚴(yán)重的情況會(huì)直接導(dǎo)致整體的建筑發(fā)生開(kāi)裂的問(wèn)題，有的甚至發(fā)生了傾斜和倒塌的情況，這些問(wèn)題主要影響的就是混凝土框架的影響，因?yàn)檎麄€(gè)框架對(duì)建筑起到非常大的支撐作用。

不均勻沉降 ；框架混凝土結(jié)構(gòu)

我國(guó)建筑行業(yè)相關(guān)的管理制度，雖然這些年得到了逐步的完善，但是在實(shí)際的應(yīng)用中也存在著很多沒(méi)有做好，或者是沒(méi)有解決的問(wèn)題，而建筑物的開(kāi)裂問(wèn)題，就是其中一個(gè)非常常見(jiàn)的問(wèn)題。在所有的導(dǎo)致開(kāi)裂問(wèn)題發(fā)生的原因中，因?yàn)榈鼗?/p>

基礎(chǔ)本身發(fā)生的不均勻沉降問(wèn)題所引起的，占有了相當(dāng)大的一個(gè)比例，所以對(duì)地基在不均勻沉降問(wèn)題上的研究是非常有意義的。

一、有限元方法來(lái)對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行的不均勻沉降模擬技術(shù)

1.1工程的基本情況

這個(gè)工程是多跨度的，一共有六層的框架結(jié)構(gòu)，建成后的使用用途主要是做辦公樓，而其它是純框架的結(jié)構(gòu)，有自己獨(dú)立的柱基礎(chǔ)，縱向共有八個(gè)跨度，每個(gè)跨度之間的距離是六米，而在橫著的方向有三個(gè)跨，中間的跨度是兩米，而其他的兩個(gè)跨度都是六米。第一層的層高是4.5米，第二層到第六層的層高都是3.6米。而這棟建筑的主梁是選用了統(tǒng)一的截面，其面積是250毫米× 600毫米，而它的次梁是選擇用截面統(tǒng)一為200 毫米×500毫米，建筑物的梁柱選用600毫米× 600毫米的統(tǒng)一截面，其板厚達(dá)到了120毫米。梁和板還有柱都選擇用 C30 的混凝土，對(duì)它的彈性模量制定為 3.0×104N /mm2，混凝土的容重是25 kN每立方米。

二、分析沉降對(duì)框架上部結(jié)構(gòu)的影響

2.1 不均勻沉降對(duì)結(jié)構(gòu)的支座在豎直方向的影響分析

使用這些模型就可以模擬出對(duì)其施加的力，以及對(duì)各個(gè)支座在沉降量方面影響的大小，通過(guò)對(duì)這些作用力在沉降方面的計(jì)算可以看出，每個(gè)支座的沉降量，并不是它自己的本身所造成沉降的量，而是在這個(gè)基礎(chǔ)上，再加上它周?chē)ё某两盗?，這些沉降量才是其對(duì)支座所有影響的表現(xiàn)形式。在正常的工作作用下，工程的軸，還有軸線(xiàn)的支座，它們可以制約這個(gè)支座的六個(gè)自由度，所以這個(gè)支座并不會(huì)因?yàn)橹車(chē)闹ёl(fā)生沉降而自身要產(chǎn)生沉降。而如果軸，還有這個(gè)軸線(xiàn)的支座，假如在周?chē)ёa(chǎn)生沉降問(wèn)題的影響而產(chǎn)生了帶有4.2的附加沉降量，那么相同的道理，其他的軸，還有它的軸線(xiàn)，對(duì)這些軸線(xiàn)的支座，都會(huì)產(chǎn)生一定的附加沉降量。通過(guò)對(duì)模型的實(shí)驗(yàn)可以得出，支座的附加沉降量基本上都是從①軸到⑤軸而逐漸呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)的，但是與之對(duì)應(yīng)的在⑤軸線(xiàn)到⑨軸線(xiàn)的支座，它們的附加沉降量卻呈現(xiàn)出逐漸減少的趨勢(shì)，通過(guò)這些實(shí)例可以說(shuō)明，在支座的沉降量越來(lái)越大的時(shí)候，它對(duì)周?chē)ёa(chǎn)生的沉降量的影響肯定是越來(lái)越大的。

2.2 分析不均勻沉降量對(duì)梁以及柱彎矩的影響

在這次模型的實(shí)驗(yàn)中，所有的實(shí)驗(yàn)其施加的沉降量都是對(duì)第⑤軸線(xiàn)是對(duì)稱(chēng)的情況下來(lái)分析的，所以在進(jìn)行沉降從中心向兩側(cè)而擴(kuò)散的分析中，對(duì)它的結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及變形的影響分析中，只需要從①軸到⑤軸的數(shù)據(jù)即可。通過(guò)對(duì)①軸到⑤軸的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)在不同的工作狀況作用下，工程不均勻沉降對(duì)框架的柱底

層，還有頂層彎矩的影響是最大的。就比如說(shuō)在第四種工作狀況下，底層柱的柱頂，還有柱底的彎矩相比，它們相差接近有一倍的量，而頂層柱的彎矩變化量也是非常大的，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)情況的測(cè)量得出，柱底的彎矩從346.57 kN·m變成了柱頂?shù)?69.28 kN·m，而中間樓層的柱頂，還有它的柱底的彎矩，通過(guò)計(jì)算分析其變化量都是非常小的，而且基本都是穩(wěn)定在10%的變化范圍以?xún)?nèi)。

2.3 分析不均勻沉降對(duì)梁還有柱剪力的影響

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算，從結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在不同的工做狀況下，這個(gè)建筑的梁柱各截面的剪力都有很大的增加量。

而且仔細(xì)對(duì)圖1到圖4進(jìn)行分析就可以斷定，建筑柱的截面在底層方面所受的剪力是最小的，在第二層建筑柱的截面在底層方面所受的剪力和頂層時(shí)所受的剪力都是要比別的時(shí)候大很多的，而在建筑物的中間樓層，各個(gè)樓層的剪力值都沒(méi)有太大的變化，而且中心柱子的剪力值和底層的剪力值比起來(lái)要大，但是和第二層柱的剪力值比起來(lái)要小很多。在這種工作情況下，作用在下面底層柱的剪力最小可以達(dá)到80.52 kN，而第二層還有頂層的剪力值卻分別達(dá)到了193.55 kN 和226.56 kN，中間所有三層的剪力值而只有170 kN 左右，并且它的剪力變化量在10% 以?xún)?nèi)。建筑物梁端的剪力，也不會(huì)一成不變的，它是伴隨著沉降量范圍逐漸的夸大而擴(kuò)大，但是在不同的工作狀況下，它的剪力變化值在最后都是要趨于相同的最大值140kN的。

2.4 分析不均勻沉降對(duì)柱在軸力方面的影響

通過(guò)對(duì)圖5到圖 8 的數(shù)據(jù)分析，建筑的不均勻沉降在對(duì)建筑物的柱軸力方面的影響，大都只是局限在沉降范圍內(nèi)的柱和臨近沉降范圍里面的柱，在①軸線(xiàn)位置的柱，還有在S1和S2位置的工況作用下，建筑物的軸力都沒(méi)有發(fā)生變化，但是在S3 的工做狀況下，因?yàn)樵冖圯S線(xiàn)的支座位置，給其施加了一個(gè)沉降的作用，而在①軸線(xiàn)的位置，這個(gè)柱還是屬于臨近沉降的范圍內(nèi)，所以在這個(gè)時(shí)候，這個(gè)位置的軸力有了74 kN 的變化量，在S4的工做狀況下，這個(gè)位置的柱軸力達(dá)到了615 kN，這個(gè)柱軸力的變化量是非常大的。同樣的道理，如果是在軸網(wǎng)的中心位置，也就是⑤軸線(xiàn)的位置，因?yàn)榻o其施加了一個(gè)沉降，所以這個(gè)位置的地基反力就會(huì)減小，所以這種情況下對(duì)柱軸力的影響就會(huì)非常大，而這樣一來(lái)，這個(gè)地方的柱軸力就會(huì)變得越來(lái)越小。

2.5 不均勻沉降對(duì)框架混凝土結(jié)構(gòu)的影響結(jié)果分析

通過(guò)使用軟件對(duì)不均勻沉降的模擬分析，如果框架的結(jié)構(gòu)在發(fā)生不均勻的沉降時(shí)，其沉降位置的柱，還有柱間的梁都會(huì)發(fā)生非常大的豎直方向的變形，而如果柱不在沉降的范圍內(nèi)，那么它的豎向位移就不是非常的明顯了，而且它的沉降會(huì)導(dǎo)致框架梁發(fā)生非常明顯的豎向移動(dòng)，也就是產(chǎn)生了非常大的 轉(zhuǎn)角。而如果框架的結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了不均勻沉降時(shí)，在這種沉降的范圍內(nèi)，發(fā)生沉降位置的梁，還有柱的截面就會(huì)發(fā)生非常大的彎矩，有的彎矩會(huì)很大，而在遠(yuǎn)離沉降范圍的位置，它的構(gòu)件所產(chǎn)生的彎矩相對(duì)而言就會(huì)很小，而在柱截面方面的影響，主要表現(xiàn)在底層以及頂層。如果框架的整體結(jié)構(gòu)發(fā)生了不均勻沉降的問(wèn)題，在沉降位置的底層，還有二層，以及頂層的柱端，所產(chǎn)生的剪力是比其他地方要大很多。而且在不同的工作狀況下，它的梁，柱端的剪力，會(huì)各自的趨向相同的最大值。如果建筑的框架結(jié)構(gòu)發(fā)生了不均勻的沉降時(shí)，其對(duì)沉降地方的柱，尤其是對(duì)柱的軸力方面的影響是最大的，但是如果柱的位置不在發(fā)生沉降范圍的時(shí)候，對(duì)柱的軸力基本上是沒(méi)有太大的影響的。

三、總 結(jié)

通過(guò)使用模擬的分析方法，對(duì)“盆式”的不均勻沉降做了比較細(xì)致的分析，發(fā)現(xiàn)其對(duì)框架的結(jié)構(gòu)，尤其是在變形和附加內(nèi)力方面的影響還是比較復(fù)雜的。通過(guò)在不同的沉降位置，和不同的沉降范圍對(duì)周?chē)海姆治?，大家可以更全面的理解不均勻沉降?duì)整個(gè)框架結(jié)構(gòu)的影響，從而在以后的工作中會(huì)應(yīng)用的更好。

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