基础沉降对框架结构的反应分析

(西安工业大学 陕西 西安 710000)

基础沉降对框架结构的反应分析

张浩

(西安工业大学陕西西安710000)

建筑物的不均匀沉降是土木工程中一项常见的工程事故，据调查统计，地基基础的不均匀沉降导致混凝土框架结构开裂事故中占有很高的比例。地基的不均匀沉降将导致基础的沉降和滑移，从而导致上部结构的变形和内力重分布。而内力和变形的变化将影响结构的正常使用功能和极限承载能力，严重威胁到建筑物的安全性和正常使用，降低了建筑物的稳定性和使用寿命，严重时会直接导致建筑物主体沉重结构的开裂破坏或者建筑物整体倾斜倾覆，直接威胁到居民的生命和财产安全。

因此，开展上部框架结构对基础变形的反应分析，拟得出上部框架结构对基础变形而引起的内力、位移、裂缝开展规律，为工程加固改造设计提供科学的依据，对避免结构失效(部分失效)，同时预防事故的产生有着重要的意义。

基础变形；框架结构；内力重分布；位移变化

主要分析地基不均匀沉降产生的原因和不均匀沉降对上部结构的影响。分析对比几种常见的基础沉降方式：独立柱沉降、“鞍式沉降”、“抛物线沉降”、“盆式沉降”。以沉降对框架的静力空间影响研究为主，通过有限元分析软件ABAQUS建立模型进行分析，对空间作用下结构的静力性能指标，内力、变形从定性分析开展到定量，总结内力重分布规律和位移变化规律。

一、模型的建立

本文首先建立一个六层的纯框架结构有限元模型，其模型资料如下。

空间尺寸：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。每一跨板间设两道次梁2.5+3+2.5=8m，不在2m跨设置，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。

荷载情况：楼层荷载6000N/m2，其中活荷载为3000N/m2，恒荷载为3000N/m2，框架主梁均布10000N/m。

图1 独立脚柱沉降

图2 鞍式沉降

图3 盆式沉降

图4 抛物线沉降

二、 位移荷载施加

首先模拟独立柱下沉降对框架结构的内力重分布影响以及对各柱偏移量大小的影响。施加位移荷载时，先对脚柱模拟沉降，从1cm到5cm逐步施加，在位移荷载施加到5cm时出现了红色的破坏现象。

对于局部沉降的位移荷载施加，首次施加采用“等差”施加的办法，之后也是整体逐渐增大位移荷载，较为真实的模拟局部沉降过程。

三、 结论

表1边柱轴力图

表2 梁剪力图

表3 边柱偏移量

现对位移荷载为5cm时，独立柱沉降的内力重分布规律及偏移呈现。在纵向对比下，由图可以看出就一个柱而言，越往下端，柱轴力越来越大，成逐渐递增趋势。梁的剪力在靠近独立沉降柱的一跨发生突变，其余相隔较远的三跨梁的剪力仍然呈规律性变化。就柱的偏移量而言，不管是X向的柱还是Y向的柱，从底部到顶端偏移量都是成递增趋势。且长跨边柱的增加趋势不是直线型，短跨边柱基本成直线型增加趋势。

四、 展望

基础变形对框架结构的影响复杂多样。基础的沉降方式不局限于独立柱下沉降、“盆式沉降”、“鞍式沉降”、“抛物线沉降”，还有其他更加复杂的沉降方式有待模拟和研究。对框架的反应分析不仅仅限于弯矩、剪力、轴力等静力空间的分析，还有动力反应分析。对框架柱偏移量的分析也不仅仅是相邻柱的偏移量分析，更全面准确的做法是对所有的柱的偏移量进行分析。

随着建筑行业的不断发展，基础变形不仅仅发生在传统的框架结构中，应该扩大研究范围，对框剪结构、筒体结构等复杂结构也应该开展研究。这样才能有效地防止基础变形这种高发工程事故对建筑的影响。

[1]基于基础不均匀变形的空间框架结构协同作用的受力特性研究[D].刘序杰.济南大学 2014

[2]软土地区地基不均匀沉降对框架结构影响的反分析研究[D].任庆伟.天津大学 2009

[3]地裂不均匀沉降对多层框架结构的性能影响分析[D].孙春蕾.长安大学 2014

张浩(1991-)，男，汉族，四川成都人，在读研究生，研究方向地下结构工程。

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