框剪结构与地基共同作用下基础筏板的沉降与受力分析

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在常规设计中,往往将上部结构、基础、地基分开来考虑,先将上部结构底部固定,计算出结构底部的内力,再将该内力作用于基础上,计算出地基反力。在假设地基反力为线性分布,反作用于基础上,求得基础的内力与变形。但随着建筑结构层数的增加,常规设计方法计算出的结果与实际结构的内力与变形的偏差越来越大,考虑上部结构、基础与地基共同作用的问题显得尤为重要。本文在总结了国内外关于共同作用问题研究成果的基础上,通过MIDAS/GEN有限元软件建立不考虑共同作用与考虑共同作用的结构模型,并进行对比分析;同时,对结构在重力荷载作用与地震作用下,通过改变结构的层数、基础筏板的厚度、基础筏板的悬挑长度、基础的混凝土强度以及地基的刚度等参数,来验算结构是否满足规范要求;分析得出这些参数对于上部结构、基础及地基的影响。并通过有限元软件的建模分析,对相关规范公式进行加以修正,并通过两个实际工程进行验证。本论文主要开展了以下几个方面的研究工作:(1)通过MIDAS/GEN有限元软件建立不考虑共同作用与考虑共同作用下的结构模型,并进行对比分析,得出建筑结构在考虑共同作用时,上部结构底部中柱轴力比不考虑共同作用时小24%,底部剪力墙轴力会增大20%以上,且考虑共同作用后,上部结构底部柱底弯矩发生很明显的变化。即考虑共同作用后,由于结构底部的沉降差异,使结构发生内力重分布后,结构底部内力出现较大的变化。(2)在重力作用下,对考虑共同作用的结构,通过改变上部结构层数、基础筏板厚度、基础筏板悬挑长度、基础混凝土强度,地基刚度等参数,发现随着上部结构层数的增加,结构底部的沉降差异加大,结构的内力重分布现象越明显,荷载更多的转移到剪力墙部分;基础筏板厚度的增加,使基础从柔性变为刚性,能使基础的内力分布更加均匀,同时能降低地基的沉降,而当基础筏板厚度为1.2米以后,地基沉降基本不变;基础悬挑长度主要影响基础边缘区域的应力与沉降,而对于中心区域的影响较小;基础混凝土强度的增加,对于结构与地基的受力与变形影响比较小;地基刚度的增加,相对于上部结构与基础的刚度提高,使其承担的荷载比例提高,降低了基础筏板的内力,并使其分布更加均匀,同时提高了地基的反力。(3)在地震作用下,选取八条地震动进行分析,同时对结构在罕遇地震作用下,研究基础筏板厚度、基础悬挑长度、地基刚度等因素对结构的影响,得出随着基础筏板(4)厚度的增加,增加自身刚度的同时,提高了在罕遇地震作用下,基础抵抗自身的不规则变形的能力,并促进基础筏板顶面/底面的应力扩散,降低了零应力区范围;基础筏板悬挑长度的增加,使得大震下的基础筏板中心的应力有一定增加,边缘处的应力呈现波动变化,降低大震下基础筏板的最大沉降,并略微减少了基底的零应力区范围;地基刚度的增加,会使得自身刚度相对于基础和上部结构提高,所承担的荷载比值有所增加,同时抑制基础的变形,减少基础的沉降,但会增加在罕遇地震作用下基底零应力区范围。(5)通过有限元分析结果,对规范中筏基底板受冲切、剪切承载力公式加以修正,并通过两个实际工程案例进行验证分析,为筏板基础的设计提供了建议。
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