考虑共同作用时结构刚度变化对上部结构内力的影响 ＊

王国龙，田丹丹，张富钧

（1.金昌市规划建筑设计院，甘肃 金昌 737100；2.甘肃交通职业技术学院，甘肃 兰州 730070）

生活中的建筑物都是由上部结构、基础和地基三者组成的一个完整系统，上部结构、基础和地基之间是相互影响共同作用的。考虑共同作用的整体分析模型，就是把上部结构、基础和地基三者看作为是一个相互协调共同工作的整体，然后进行整体的分析，计算各部分的内力和变形[1-2]。为了研究筏板刚度变化和地基土弹性模量变化对结构内力的影响，文章利用大型通用有限元软件Ansys14.0建立考虑共同作用影响的整体分析模型[3-5]，通过改变筏板的厚度和地基土的弹性模量，来计算上部结构内力的变化情况。

1 有限元模型的建立

选用的分析模型上部结构是一个规则的框架结构，9层，3跨×5跨，跨度均为6m，层高均为3.3m，框架柱的截面尺寸为 b×h=600mm×600mm，混凝土选用C35，框架梁的截面尺寸为b×h=600mm×600mm，楼板为现浇钢筋混凝土板，板厚120mm，混凝土选用C30，楼面活荷载为2kN/m2，框架梁上均布7kN/m2的线荷载，用来模拟填充墙的自重荷载。基础采用桩筏基础，桩长为18m，桩径600mm。由于没有详细的地基信息，所以本文的模型做了一定的简化，不考虑地基的分层，地基范围在XZ平面大约取结构基础底宽的三倍左右，在Y方向取桩长的两倍倍左右，即所取地基土的区域范围为117m×69m×30m。为便于表述，轴线和截面位置如1图所示，上部结构平面布置图如图2所示。

图1 轴线和剖面位置图

图2 上部结构平面布置图

2 筏板刚度对上部结构内力的影响

假设在其他条件不变的前提下，考虑共同作用时，分别取筏板的厚度为0.6m，1.0m，1.5m，2.0m和2.5m五种情况进行分析比较。计算得底层柱轴力的变化关系见表1和如图3所示。

表1 底层柱轴力与筏板刚度的关系

图3 底层柱轴力与筏板厚度的关系

由表1和图3可以看出，在考虑共同作用的影响下，角柱和边柱的轴力随筏板厚度的增加而减小，而中柱的轴力随筏板厚度的增加而增加，但变化的幅度较小，所以在设计时采用增大一定的筏板厚度可以适当的调节柱子的轴力，但是这种调节能力有一定的限度。

3 地基刚度对上部结构内力的影响

假设在其他条件不变的前提下，考虑共同作用时，筏板厚度取600mm，地基土的弹性模量分五种情况：40MPa，50MPa，60MPa，70MPa和 80MPa，分析不同地基刚度下，其对共同作用的影响。把五种情况下的角柱、边柱和中柱的底层轴力结果汇入，见表2如图4所示。

表2 轴力与地基刚度的关系

图4 轴力与地基刚度的关系

由表2和图4可以看出，随着地基土体弹性模量的增大，中柱的轴力随之增加，而角柱和边柱的轴力普遍减小，这是由于地基土体的刚度增大，筏板的“盆形”沉降趋势减弱，所以才有这种情况。

4 结论

在考虑共同作用的影响下，角柱和边柱的轴力随筏板厚度的增加而减小，而中柱的轴力随筏板厚度的增加而增加，但变化的幅度较小。

随着地基土体弹性模量的增大，中柱的轴力随之增加，而角柱和边柱的轴力普遍减小。