考慮共同作用時(shí)結(jié)構(gòu)剛度變化對(duì)上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響 ＊

王國(guó)龍，田丹丹，張富鈞

（1.金昌市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院，甘肅 金昌 737100；2.甘肅交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

生活中的建筑物都是由上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基三者組成的一個(gè)完整系統(tǒng)，上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基之間是相互影響共同作用的。考慮共同作用的整體分析模型，就是把上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基三者看作為是一個(gè)相互協(xié)調(diào)共同工作的整體，然后進(jìn)行整體的分析，計(jì)算各部分的內(nèi)力和變形[1-2]。為了研究筏板剛度變化和地基土彈性模量變化對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，文章利用大型通用有限元軟件Ansys14.0建立考慮共同作用影響的整體分析模型[3-5]，通過改變筏板的厚度和地基土的彈性模量，來計(jì)算上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化情況。

1 有限元模型的建立

選用的分析模型上部結(jié)構(gòu)是一個(gè)規(guī)則的框架結(jié)構(gòu)，9層，3跨×5跨，跨度均為6m，層高均為3.3m，框架柱的截面尺寸為 b×h=600mm×600mm，混凝土選用C35，框架梁的截面尺寸為b×h=600mm×600mm，樓板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土板，板厚120mm，混凝土選用C30，樓面活荷載為2kN/m2，框架梁上均布7kN/m2的線荷載，用來模擬填充墻的自重荷載。基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)為18m，樁徑600mm。由于沒有詳細(xì)的地基信息，所以本文的模型做了一定的簡(jiǎn)化，不考慮地基的分層，地基范圍在XZ平面大約取結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底寬的三倍左右，在Y方向取樁長(zhǎng)的兩倍倍左右，即所取地基土的區(qū)域范圍為117m×69m×30m。為便于表述，軸線和截面位置如1圖所示，上部結(jié)構(gòu)平面布置圖如圖2所示。

圖1 軸線和剖面位置圖

圖2 上部結(jié)構(gòu)平面布置圖

2 筏板剛度對(duì)上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響

假設(shè)在其他條件不變的前提下，考慮共同作用時(shí)，分別取筏板的厚度為0.6m，1.0m，1.5m，2.0m和2.5m五種情況進(jìn)行分析比較。計(jì)算得底層柱軸力的變化關(guān)系見表1和如圖3所示。

表1 底層柱軸力與筏板剛度的關(guān)系

圖3 底層柱軸力與筏板厚度的關(guān)系

由表1和圖3可以看出，在考慮共同作用的影響下，角柱和邊柱的軸力隨筏板厚度的增加而減小，而中柱的軸力隨筏板厚度的增加而增加，但變化的幅度較小，所以在設(shè)計(jì)時(shí)采用增大一定的筏板厚度可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)柱子的軸力，但是這種調(diào)節(jié)能力有一定的限度。

3 地基剛度對(duì)上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響

假設(shè)在其他條件不變的前提下，考慮共同作用時(shí)，筏板厚度取600mm，地基土的彈性模量分五種情況：40MPa，50MPa，60MPa，70MPa和 80MPa，分析不同地基剛度下，其對(duì)共同作用的影響。把五種情況下的角柱、邊柱和中柱的底層軸力結(jié)果匯入，見表2如圖4所示。

表2 軸力與地基剛度的關(guān)系

圖4 軸力與地基剛度的關(guān)系

由表2和圖4可以看出，隨著地基土體彈性模量的增大，中柱的軸力隨之增加，而角柱和邊柱的軸力普遍減小，這是由于地基土體的剛度增大，筏板的“盆形”沉降趨勢(shì)減弱，所以才有這種情況。

4 結(jié)論

在考慮共同作用的影響下，角柱和邊柱的軸力隨筏板厚度的增加而減小，而中柱的軸力隨筏板厚度的增加而增加，但變化的幅度較小。

隨著地基土體彈性模量的增大，中柱的軸力隨之增加，而角柱和邊柱的軸力普遍減小。