網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：為研究網格式框架填充墻，對網格式框架在平面外偏心作用下進行分析，得到了四類網格式框架的開裂豎向荷載以及的彎矩值；利用有限元方法對網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律進行分析；為框架墻體的實驗

及工程應用提供參考依據。

關鍵詞：網格式框架；平面外；偏心荷載；非線性；有限元

中圖分類號：TU501 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0006-04

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

1 算例情況及分析方法

1.1 算例情況

根據圖1所表達的模型，對網格式框架的洞口位置和尺寸進行調整，并對其進行非線性分析，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行建模，把網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參數直接建模。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 計算結果及分析

混凝土網格式框架的開裂計算結果及分析：

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

對四面墻體框架模型進行平面外非線性分析，平面外受壓模擬的是外墻，所以在設置參數時，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，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#網格式框架的平面外穩定性最差，彎矩僅為1.914kN·m就已經開裂。2#和4#模型彎矩承載力處在二者之間。

從圖2可以看出，每個網格式框架的裂縫發展的趨勢，從混凝土開裂直到破壞時裂縫布滿整面墻體。從整體來看，網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，裂縫數量也開始增加，在各構件相交處，以及樓層梁跨中，也開始出現裂縫。再進一步增加豎向荷載，各構件開始出現成片的裂縫區域，再增加到破壞荷載的時候，各個成片的裂縫區域貫通，導致整個網格式框架破壞。綜合對比這4面網格式框架，1#網格式框架在破壞荷載作用下，裂縫幾乎布滿整面墻體，并沒有出現局部裂縫偏多現象，與3#網格式框架形成鮮明對比。3#網格式框架變形和裂縫始終都在樓層梁跨度偏大的位置，局部應力值也很大，受力不均勻。2#和4#網格式框架的裂縫變化情況介于1#和3#網格式框架之間。

3 結束語

本文通過對平面外偏心受壓下網格式框架的裂縫進行分析，可得到如下的結論：

（1）網格式框架在偏心受壓荷載作用下，經過多次模擬，得到了四種網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，網格式框架的裂縫發展趨勢為：先樓層梁跨中或與柱相交的柱端，然后是各構件相交處，然后各構件開始出現成片的裂縫，最后裂縫貫通，模型破壞。

參考文獻：

[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用可行性研究報告[R].貴陽：貴州大學空間結構研究所，貴州省建設廳，2007.

[2]馬克儉，高國富，張華剛，等.節能與結構一體化新型鋼筋混凝土結構體系[J].貴州工業大學學報（自然科學版），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格式框架小高層住宅結構體系[J].貴州工業大學學報（自然科學版），2008，37（4）：28-32.

[4]張華剛，梁凡凡，羅 ，等.基于現澆磷石膏的節能與結構一體化新型墻體結構及其應用[J].貴州工業大學學報（自然科學版），2013，30（1）：104-109.

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

[6]吳琴，張華剛，賈曉飛，等.現澆磷石膏力學性能試驗裝置的設計及剛度試驗分析[J].貴州大學學報（自然科學版），2014，31（1）：99-103.endprint