网格式框架在平面外偏心荷载作用下的裂缝分析

黄宗辉+杨冬升

摘 要：为研究网格式框架填充墙，对网格式框架在平面外偏心作用下进行分析，得到了四类网格式框架的开裂竖向荷载以及的弯矩值；利用有限元方法对网格式框架在平面外偏心荷载作用下各模型开洞位置及尺寸的变化所引起的裂缝变化规律进行分析；为框架墙体的实验

及工程应用提供参考依据。

关键词：网格式框架；平面外；偏心荷载；非线性；有限元

中图分类号：TU501 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）26-0006-04

2005～2007年间，贵州大学马克俭等对现浇磷石膏网格式框架墙的可行性分析[1]，之后提出把节能和结构联系起来[2，3]，形成一体，并在2010年成功将其应用于新型小高层住宅的实际项目中[4]，后续又进行了更深入的研究[5，6]。新型小高层住宅结构的承重墙由网格式框架和现浇磷石膏墙共同组成，其模型如图1所示，是由网格式框架作为主体，填充磷石膏。网格式框架中的梁柱尺寸明显小于普通框架结构，因此需要对其在平面外偏心荷载作用下的开裂情况进行研究，为工程应用和试验提供参考。

1 算例情况及分析方法

1.1 算例情况

根据图1所表达的模型，对网格式框架的洞口位置和尺寸进行调整，并对其进行非线性分析，本文研究共4面墙体，其模型如图1。

1.2 分析方法

在非线性模型中钢筋的模型建立有三种情况：分离式、组合式和整体式。本文采用整体式配筋模型进行建模，把网格式框架中柱和梁的纵筋和箍筋的配筋率及其方向作为实参数直接建模。由于所用的材料混凝土和钢筋都是非线性材料，所以本文所分析的内容属于材料非线性，采用的非線性分析方法是迭代法中的修正牛顿-拉普森方法。

2 计算结果及分析

混凝土网格式框架的开裂计算结果及分析：

通过对前面四个框架模型的平面外偏心荷载作用下的非线性分析，经过多次试算，网格式框架所施加的弯矩、竖向开裂荷载如表1所示，1#网格式框架从开始开裂到破坏的裂缝过程图见图2所示。

对四面墙体框架模型进行平面外非线性分析，平面外受压模拟的是外墙，所以在设置参数时，保持每层弯矩值不变，改变竖向荷载值。为保证开裂过程真实，通过多次试算，保持开裂荷载下的弯矩，改变竖向荷载大小，得出一系列裂缝从开裂到破坏的裂缝图。由表1可以看出，1#网格式框架不论是开裂荷载还是弯矩，都要比其余的的框架承载力大。3#网格式框架的平面外稳定性最差，弯矩仅为1.914kN·m就已经开裂。2#和4#模型弯矩承载力处在二者之间。

从图2可以看出，每个网格式框架的裂缝发展的趋势，从混凝土开裂直到破坏时裂缝布满整面墙体。从整体来看，网格式框架的开裂都是从楼层梁开始，有的处于楼层梁跨中，有的位于楼层梁与中柱相交的柱端。随着竖向荷载的不断增大，裂缝宽度开始变大，裂缝数量也开始增加，在各构件相交处，以及楼层梁跨中，也开始出现裂缝。再进一步增加竖向荷载，各构件开始出现成片的裂缝区域，再增加到破坏荷载的时候，各个成片的裂缝区域贯通，导致整个网格式框架破坏。综合对比这4面网格式框架，1#网格式框架在破坏荷载作用下，裂缝几乎布满整面墙体，并没有出现局部裂缝偏多现象，与3#网格式框架形成鲜明对比。3#网格式框架变形和裂缝始终都在楼层梁跨度偏大的位置，局部应力值也很大，受力不均匀。2#和4#网格式框架的裂缝变化情况介于1#和3#网格式框架之间。

3 结束语

本文通过对平面外偏心受压下网格式框架的裂缝进行分析，可得到如下的结论：

（1）网格式框架在偏心受压荷载作用下，经过多次模拟，得到了四种网格式框架的开裂竖向荷载以及开裂的弯矩值。

（2）在偏心荷载作用下，网格式框架的裂缝发展趋势为：先楼层梁跨中或与柱相交的柱端，然后是各构件相交处，然后各构件开始出现成片的裂缝，最后裂缝贯通，模型破坏。

参考文献：

[1]马克俭，张华刚，高国富，等.磷石膏在大开间灵活划分居室住宅建筑中的综合应用可行性研究报告[R].贵阳：贵州大学空间结构研究所，贵州省建设厅，2007.

[2]马克俭，高国富，张华刚，等.节能与结构一体化新型钢筋混凝土结构体系[J].贵州工业大学学报（自然科学版），2008，37（4）：34-43.

[3]张华刚，马克俭，卢亚琴，等.以磷石膏为模板的密肋网格式框架小高层住宅结构体系[J].贵州工业大学学报（自然科学版），2008，37（4）：28-32.

[4]张华刚，梁凡凡，罗 ，等.基于现浇磷石膏的节能与结构一体化新型墙体结构及其应用[J].贵州工业大学学报（自然科学版），2013，30（1）：104-109.

[5]黄宗辉，张华刚，吴琴，等.网格式框架在竖向荷载作用下的静力性能分析[J].贵州大学学报（自然科学版），2014，31（3）：82-85.

[6]吴琴，张华刚，贾晓飞，等.现浇磷石膏力学性能试验装置的设计及刚度试验分析[J].贵州大学学报（自然科学版），2014，31（1）：99-103.endprint