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地下室抗浮失效为什么总是柱子破坏

2024-03-01科学

地下室抗浮失效事故中常见的破坏形态是柱子出现破坏,如下图所示。我们经常觉得奇怪,抗浮失效不是浮起来吗,不均匀地上浮,底板和顶板不是更直接的受弯吗,为何不是底板和顶板破坏,而总是柱子坡坏呢?

抗浮失效事故中的柱子破坏

这里先画一个简图,示意地下室抗浮失效的样子。

地下室抗浮失效示意图

地下室抗浮失效变形示意

出现局部上浮时,通过结构力学分析,地下室局部的受力分析,该局部的弯矩计算结果简图如下:

抗浮失效局部弯矩图

对于这个弯矩图,可能有些朋友一下子反应不过来,我们可以把整个结构转90°,把地下室看做一个框架,塔楼为框架的嵌固端。如下图,能更形象地理解为何是靠近塔楼的那排柱破坏最严重,因为框架结构越底层的梁柱受力越大。

地下室看做框架结构示意图

根据力学平衡,M柱顶=M梁右+M梁左,M柱底=M底右+M底左。一般情况,水平构件即梁和底板左右两侧弯矩基本相等,即柱的弯矩等于水平构件弯矩的2倍,M柱顶=2M右,M柱底=2M底右。如普通梁板结构顶板梁400x800,抵抗矩为W梁=B*H*H/6=400x800x800/6=42.7X10^6,实际上顶梁还有顶板连接,框架梁是T型截面,实际抵抗矩比这个计算结果还要更大;底板厚度400计算宽度取1/3柱跨度为2500以上,抵抗矩为W板= B*H*H/6=2500x400x400/6=66.7X10^6,实际情况底板还有承台连接,实际抵抗矩比这个计算结果更大。地下室柱一般不超过600x600,抵抗矩为W柱= B*H*H/6=600x600x600/6=36.0X10^6。

即柱受到的弯矩是水平构件的两倍,但柱抵抗矩却比梁和底板的抵抗矩更小。所以,如果要破坏,肯定从受力大而承载力小的柱开始破坏。

下面用有限元软件模拟抗浮失效地下室局部上浮状态,塔楼边的构件受力。通过分析,结果也切合上面的分析,正是柱子的上下两端应力最大,要破坏肯定是在应力最大的地方开始。

抗浮失效有限元分析结果