基礎沉降對框架結構的反應分析

(西安工業大學 陜西 西安 710000)

基礎沉降對框架結構的反應分析

張浩

(西安工業大學陜西西安710000)

建筑物的不均勻沉降是土木工程中一項常見的工程事故，據調查統計，地基基礎的不均勻沉降導致混凝土框架結構開裂事故中占有很高的比例。地基的不均勻沉降將導致基礎的沉降和滑移，從而導致上部結構的變形和內力重分布。而內力和變形的變化將影響結構的正常使用功能和極限承載能力，嚴重威脅到建筑物的安全性和正常使用，降低了建筑物的穩定性和使用壽命，嚴重時會直接導致建筑物主體沉重結構的開裂破壞或者建筑物整體傾斜傾覆，直接威脅到居民的生命和財產安全。

因此，開展上部框架結構對基礎變形的反應分析，擬得出上部框架結構對基礎變形而引起的內力、位移、裂縫開展規律，為工程加固改造設計提供科學的依據，對避免結構失效(部分失效)，同時預防事故的產生有著重要的意義。

基礎變形；框架結構；內力重分布；位移變化

主要分析地基不均勻沉降產生的原因和不均勻沉降對上部結構的影響。分析對比幾種常見的基礎沉降方式：獨立柱沉降、“鞍式沉降”、“拋物線沉降”、“盆式沉降”。以沉降對框架的靜力空間影響研究為主，通過有限元分析軟件ABAQUS建立模型進行分析，對空間作用下結構的靜力性能指標，內力、變形從定性分析開展到定量，總結內力重分布規律和位移變化規律。

一、模型的建立

本文首先建立一個六層的純框架結構有限元模型，其模型資料如下。

空間尺寸：平面X向8+8+8+8=32m，Y向7+2+7=16m，Z向4.2+3.6+3.6+3.6+3.6+3.6=22.2m。每一跨板間設兩道次梁2.5+3+2.5=8m，不在2m跨設置，梁端交接。

截面尺寸：柱截面0.6mx0.6m，框架截面X向0.4mx0.7m；Y向0.3mx0.6m；次梁截面0.25x0.6m，板厚0.10m。

荷載情況：樓層荷載6000N/m2，其中活荷載為3000N/m2，恒荷載為3000N/m2，框架主梁均布10000N/m。

圖1 獨立腳柱沉降

圖2 鞍式沉降

圖3 盆式沉降

圖4 拋物線沉降

二、 位移荷載施加

首先模擬獨立柱下沉降對框架結構的內力重分布影響以及對各柱偏移量大小的影響。施加位移荷載時，先對腳柱模擬沉降，從1cm到5cm逐步施加，在位移荷載施加到5cm時出現了紅色的破壞現象。

對于局部沉降的位移荷載施加，首次施加采用“等差”施加的辦法，之后也是整體逐漸增大位移荷載，較為真實的模擬局部沉降過程。

三、 結論

表1邊柱軸力圖

表2 梁剪力圖

表3 邊柱偏移量

現對位移荷載為5cm時，獨立柱沉降的內力重分布規律及偏移呈現。在縱向對比下，由圖可以看出就一個柱而言，越往下端，柱軸力越來越大，成逐漸遞增趨勢。梁的剪力在靠近獨立沉降柱的一跨發生突變，其余相隔較遠的三跨梁的剪力仍然呈規律性變化。就柱的偏移量而言，不管是X向的柱還是Y向的柱，從底部到頂端偏移量都是成遞增趨勢。且長跨邊柱的增加趨勢不是直線型，短跨邊柱基本成直線型增加趨勢。

四、 展望

基礎變形對框架結構的影響復雜多樣。基礎的沉降方式不局限于獨立柱下沉降、“盆式沉降”、“鞍式沉降”、“拋物線沉降”，還有其他更加復雜的沉降方式有待模擬和研究。對框架的反應分析不僅僅限于彎矩、剪力、軸力等靜力空間的分析，還有動力反應分析。對框架柱偏移量的分析也不僅僅是相鄰柱的偏移量分析，更全面準確的做法是對所有的柱的偏移量進行分析。

隨著建筑行業的不斷發展，基礎變形不僅僅發生在傳統的框架結構中，應該擴大研究范圍，對框剪結構、筒體結構等復雜結構也應該開展研究。這樣才能有效地防止基礎變形這種高發工程事故對建筑的影響。

[1]基于基礎不均勻變形的空間框架結構協同作用的受力特性研究[D].劉序杰.濟南大學 2014

[2]軟土地區地基不均勻沉降對框架結構影響的反分析研究[D].任慶偉.天津大學 2009

[3]地裂不均勻沉降對多層框架結構的性能影響分析[D].孫春蕾.長安大學 2014

張浩(1991-)，男，漢族，四川成都人，在讀研究生，研究方向地下結構工程。

)