不均勻沉降對框架混凝土結構的影響解析

鄭 輝

(沈陽鋁鎂設計研究院有限公司，遼寧 110001)

不均勻沉降對框架混凝土結構的影響解析

鄭 輝

(沈陽鋁鎂設計研究院有限公司，遼寧 110001)

隨著我國科學技術水平的不斷提高，建筑物的結構和高度也都有了相應的難度要求，而且如果施工不當，地基和一些其他的地方就會發(fā)生一些沉降的問題，而這些問題，嚴重的情況會直接導致整體的建筑發(fā)生開裂的問題，有的甚至發(fā)生了傾斜和倒塌的情況，這些問題主要影響的就是混凝土框架的影響，因為整個框架對建筑起到非常大的支撐作用。

不均勻沉降 ；框架混凝土結構

我國建筑行業(yè)相關的管理制度，雖然這些年得到了逐步的完善，但是在實際的應用中也存在著很多沒有做好，或者是沒有解決的問題，而建筑物的開裂問題，就是其中一個非常常見的問題。在所有的導致開裂問題發(fā)生的原因中，因為地基

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

一、有限元方法來對框架結構進行的不均勻沉降模擬技術

1.1工程的基本情況

這個工程是多跨度的，一共有六層的框架結構，建成后的使用用途主要是做辦公樓，而其它是純框架的結構，有自己獨立的柱基礎，縱向共有八個跨度，每個跨度之間的距離是六米，而在橫著的方向有三個跨，中間的跨度是兩米，而其他的兩個跨度都是六米。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，其板厚達到了120毫米。梁和板還有柱都選擇用 C30 的混凝土，對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、分析沉降對框架上部結構的影響

2.1 不均勻沉降對結構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其施加的力，以及對各個支座在沉降量方面影響的大小，通過對這些作用力在沉降方面的計算可以看出，每個支座的沉降量，并不是它自己的本身所造成沉降的量，而是在這個基礎上，再加上它周圍支座的沉降量，這些沉降量才是其對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，還有軸線的支座，它們可以制約這個支座的六個自由度，所以這個支座并不會因為周圍的支座發(fā)生沉降而自身要產(chǎn)生沉降。而如果軸，還有這個軸線的支座，假如在周圍支座產(chǎn)生沉降問題的影響而產(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，對這些軸線的支座，都會產(chǎn)生一定的附加沉降量。通過對模型的實驗可以得出，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)遞增趨勢的，但是與之對應的在⑤軸線到⑨軸線的支座，它們的附加沉降量卻呈現(xiàn)出逐漸減少的趨勢，通過這些實例可以說明，在支座的沉降量越來越大的時候，它對周圍支座所產(chǎn)生的沉降量的影響肯定是越來越大的。

2.2 分析不均勻沉降量對梁以及柱彎矩的影響

在這次模型的實驗中，所有的實驗其施加的沉降量都是對第⑤軸線是對稱的情況下來分析的，所以在進行沉降從中心向兩側而擴散的分析中，對它的結構內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。通過對①軸到⑤軸的實驗數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)在不同的工作狀況作用下，工程不均勻沉降對框架的柱底

層，還有頂層彎矩的影響是最大的。就比如說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，通過對實驗情況的測量得出，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，通過計算分析其變化量都是非常小的，而且基本都是穩(wěn)定在10%的變化范圍以內。

2.3 分析不均勻沉降對梁還有柱剪力的影響

通過對實驗數(shù)據(jù)的分析和計算，從結果可以發(fā)現(xiàn)，在不同的工做狀況下，這個建筑的梁柱各截面的剪力都有很大的增加量。

而且仔細對圖1到圖4進行分析就可以斷定，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所受的剪力都是要比別的時候大很多的，而在建筑物的中間樓層，各個樓層的剪力值都沒有太大的變化，而且中心柱子的剪力值和底層的剪力值比起來要大，但是和第二層柱的剪力值比起來要小很多。在這種工作情況下，作用在下面底層柱的剪力最小可以達到80.52 kN，而第二層還有頂層的剪力值卻分別達到了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% 以內。建筑物梁端的剪力，也不會一成不變的，它是伴隨著沉降量范圍逐漸的夸大而擴大，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 分析不均勻沉降對柱在軸力方面的影響

通過對圖5到圖 8 的數(shù)據(jù)分析，建筑的不均勻沉降在對建筑物的柱軸力方面的影響，大都只是局限在沉降范圍內的柱和臨近沉降范圍里面的柱，在①軸線位置的柱，還有在S1和S2位置的工況作用下，建筑物的軸力都沒有發(fā)生變化，但是在S3 的工做狀況下，因為在③軸線的支座位置，給其施加了一個沉降的作用，而在①軸線的位置，這個柱還是屬于臨近沉降的范圍內，所以在這個時候，這個位置的軸力有了74 kN 的變化量，在S4的工做狀況下，這個位置的柱軸力達到了615 kN，這個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軸線的位置，因為給其施加了一個沉降，所以這個位置的地基反力就會減小，所以這種情況下對柱軸力的影響就會非常大，而這樣一來，這個地方的柱軸力就會變得越來越小。

2.5 不均勻沉降對框架混凝土結構的影響結果分析

通過使用軟件對不均勻沉降的模擬分析，如果框架的結構在發(fā)生不均勻的沉降時，其沉降位置的柱，還有柱間的梁都會發(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，那么它的豎向位移就不是非常的明顯了，而且它的沉降會導致框架梁發(fā)生非常明顯的豎向移動，也就是產(chǎn)生了非常大的 轉角。而如果框架的結構已經(jīng)發(fā)生了不均勻沉降時，在這種沉降的范圍內，發(fā)生沉降位置的梁，還有柱的截面就會發(fā)生非常大的彎矩，有的彎矩會很大，而在遠離沉降范圍的位置，它的構件所產(chǎn)生的彎矩相對而言就會很小，而在柱截面方面的影響，主要表現(xiàn)在底層以及頂層。如果框架的整體結構發(fā)生了不均勻沉降的問題，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，會各自的趨向相同的最大值。如果建筑的框架結構發(fā)生了不均勻的沉降時，其對沉降地方的柱，尤其是對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)生沉降范圍的時候，對柱的軸力基本上是沒有太大的影響的。

三、總 結

通過使用模擬的分析方法，對“盆式”的不均勻沉降做了比較細致的分析，發(fā)現(xiàn)其對框架的結構，尤其是在變形和附加內力方面的影響還是比較復雜的。通過在不同的沉降位置，和不同的沉降范圍對周圍梁，柱的分析，大家可以更全面的理解不均勻沉降對整個框架結構的影響，從而在以后的工作中會應用的更好。

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1007-6344（2015）09-0088-01