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??紤]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(guò)改變筏板的厚度和地基土的彈性模量,來(lái)計(jì)算上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化情況。
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(lái)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(méi)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
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(jiàn)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。
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(jiàn)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。
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。