網(wǎng)格式框架在平面外偏心荷載作用下的裂縫分析

黃宗輝+楊冬升

摘 要：為研究網(wǎng)格式框架填充墻，對(duì)網(wǎng)格式框架在平面外偏心作用下進(jìn)行分析，得到了四類網(wǎng)格式框架的開裂豎向荷載以及的彎矩值；利用有限元方法對(duì)網(wǎng)格式框架在平面外偏心荷載作用下各模型開洞位置及尺寸的變化所引起的裂縫變化規(guī)律進(jìn)行分析；為框架墻體的實(shí)驗(yàn)

及工程應(yīng)用提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)格式框架；平面外；偏心荷載；非線性；有限元

中圖分類號(hào)：TU501 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）26-0006-04

2005～2007年間，貴州大學(xué)馬克儉等對(duì)現(xiàn)澆磷石膏網(wǎng)格式框架墻的可行性分析[1]，之后提出把節(jié)能和結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來[2，3]，形成一體，并在2010年成功將其應(yīng)用于新型小高層住宅的實(shí)際項(xiàng)目中[4]，后續(xù)又進(jìn)行了更深入的研究[5，6]。新型小高層住宅結(jié)構(gòu)的承重墻由網(wǎng)格式框架和現(xiàn)澆磷石膏墻共同組成，其模型如圖1所示，是由網(wǎng)格式框架作為主體，填充磷石膏。網(wǎng)格式框架中的梁柱尺寸明顯小于普通框架結(jié)構(gòu)，因此需要對(duì)其在平面外偏心荷載作用下的開裂情況進(jìn)行研究，為工程應(yīng)用和試驗(yàn)提供參考。

1 算例情況及分析方法

1.1 算例情況

根據(jù)圖1所表達(dá)的模型，對(duì)網(wǎng)格式框架的洞口位置和尺寸進(jìn)行調(diào)整，并對(duì)其進(jìn)行非線性分析，本文研究共4面墻體，其模型如圖1。

1.2 分析方法

在非線性模型中鋼筋的模型建立有三種情況：分離式、組合式和整體式。本文采用整體式配筋模型進(jìn)行建模，把網(wǎng)格式框架中柱和梁的縱筋和箍筋的配筋率及其方向作為實(shí)參數(shù)直接建模。由于所用的材料混凝土和鋼筋都是非線性材料，所以本文所分析的內(nèi)容屬于材料非線性，采用的非線性分析方法是迭代法中的修正牛頓-拉普森方法。

2 計(jì)算結(jié)果及分析

混凝土網(wǎng)格式框架的開裂計(jì)算結(jié)果及分析：

通過對(duì)前面四個(gè)框架模型的平面外偏心荷載作用下的非線性分析，經(jīng)過多次試算，網(wǎng)格式框架所施加的彎矩、豎向開裂荷載如表1所示，1#網(wǎng)格式框架從開始開裂到破壞的裂縫過程圖見圖2所示。

對(duì)四面墻體框架模型進(jìn)行平面外非線性分析，平面外受壓模擬的是外墻，所以在設(shè)置參數(shù)時(shí)，保持每層彎矩值不變，改變豎向荷載值。為保證開裂過程真實(shí)，通過多次試算，保持開裂荷載下的彎矩，改變豎向荷載大小，得出一系列裂縫從開裂到破壞的裂縫圖。由表1可以看出，1#網(wǎng)格式框架不論是開裂荷載還是彎矩，都要比其余的的框架承載力大。3#網(wǎng)格式框架的平面外穩(wěn)定性最差，彎矩僅為1.914kN·m就已經(jīng)開裂。2#和4#模型彎矩承載力處在二者之間。

從圖2可以看出，每個(gè)網(wǎng)格式框架的裂縫發(fā)展的趨勢(shì)，從混凝土開裂直到破壞時(shí)裂縫布滿整面墻體。從整體來看，網(wǎng)格式框架的開裂都是從樓層梁開始，有的處于樓層梁跨中，有的位于樓層梁與中柱相交的柱端。隨著豎向荷載的不斷增大，裂縫寬度開始變大，裂縫數(shù)量也開始增加，在各構(gòu)件相交處，以及樓層梁跨中，也開始出現(xiàn)裂縫。再進(jìn)一步增加豎向荷載，各構(gòu)件開始出現(xiàn)成片的裂縫區(qū)域，再增加到破壞荷載的時(shí)候，各個(gè)成片的裂縫區(qū)域貫通，導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)格式框架破壞。綜合對(duì)比這4面網(wǎng)格式框架，1#網(wǎng)格式框架在破壞荷載作用下，裂縫幾乎布滿整面墻體，并沒有出現(xiàn)局部裂縫偏多現(xiàn)象，與3#網(wǎng)格式框架形成鮮明對(duì)比。3#網(wǎng)格式框架變形和裂縫始終都在樓層梁跨度偏大的位置，局部應(yīng)力值也很大，受力不均勻。2#和4#網(wǎng)格式框架的裂縫變化情況介于1#和3#網(wǎng)格式框架之間。

3 結(jié)束語

本文通過對(duì)平面外偏心受壓下網(wǎng)格式框架的裂縫進(jìn)行分析，可得到如下的結(jié)論：

（1）網(wǎng)格式框架在偏心受壓荷載作用下，經(jīng)過多次模擬，得到了四種網(wǎng)格式框架的開裂豎向荷載以及開裂的彎矩值。

（2）在偏心荷載作用下，網(wǎng)格式框架的裂縫發(fā)展趨勢(shì)為：先樓層梁跨中或與柱相交的柱端，然后是各構(gòu)件相交處，然后各構(gòu)件開始出現(xiàn)成片的裂縫，最后裂縫貫通，模型破壞。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬克儉，張華剛，高國富，等.磷石膏在大開間靈活劃分居室住宅建筑中的綜合應(yīng)用可行性研究報(bào)告[R].貴陽：貴州大學(xué)空間結(jié)構(gòu)研究所，貴州省建設(shè)廳，2007.

[2]馬克儉，高國富，張華剛，等.節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化新型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系[J].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，37（4）：34-43.

[3]張華剛，馬克儉，盧亞琴，等.以磷石膏為模板的密肋網(wǎng)格式框架小高層住宅結(jié)構(gòu)體系[J].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，37（4）：28-32.

[4]張華剛，梁凡凡，羅 ，等.基于現(xiàn)澆磷石膏的節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化新型墻體結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用[J].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，30（1）：104-109.

[5]黃宗輝，張華剛，吳琴，等.網(wǎng)格式框架在豎向荷載作用下的靜力性能分析[J].貴州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，31（3）：82-85.

[6]吳琴，張華剛，賈曉飛，等.現(xiàn)澆磷石膏力學(xué)性能試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)及剛度試驗(yàn)分析[J].貴州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，31（1）：99-103.endprint