摘要：框架結(jié)構(gòu)中梁柱偏心會對結(jié)構(gòu)構(gòu)件尤其是柱的受力帶來不利影響，所以《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定框架梁、柱中心線宜重合，當(dāng)梁柱中心線不能重合時，計算中應(yīng)考慮偏心對結(jié)構(gòu)的影響。梁端加腋能減小梁柱偏心距，并已為眾多試驗所證明可改善梁柱節(jié)點(diǎn)的受力狀況，但如果其設(shè)置的尺寸不合適，反而會給結(jié)構(gòu)帶來不利影響，所以，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定可通過梁水平加腋對梁柱偏心進(jìn)行處理，但同時對梁水平加腋的尺寸進(jìn)行了限制。另外，由于梁柱偏心會增加結(jié)構(gòu)的自振周期，所以在軟弱地基上設(shè)計框架結(jié)構(gòu)時，更應(yīng)該避免梁柱偏心，以免對結(jié)構(gòu)帶來更為不利的影響。

　　關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu) 梁柱偏心 構(gòu)件 內(nèi)力和位移 不利影響

　　Abstract: the framework structure of eccentric structure component of beam-column especially the stress of the column is detrimental, so the technical specification for concrete structures of tall buildings provisions of the beam and column center line should be coincidence, when beam-column center line can't coincidence, the computer should be considered in the influence of eccentric structure. Haunched girder ends can reduce beam-column eccentricity, and has set up a file for many experiment proof to improve the stress of the joints, but if its setting not the size of the appropriate, but will give structure bring adverse effect, so, the concrete structures of tall building technical regulation provides through the beam is haunched level of beam-column eccentric processing, but at the same time to beam haunched level limits on the size of the. In addition, because beam-column can increase the eccentric structure natural vibration period, and so on in the soft foundation design frame structure, more should avoid beam-column eccentric, avoid to structure bring more unfavorable influences.

　　Keywords: frame beam-column eccentric component internal force and displacement effect

　　中圖分類號： TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

　　一、概述

　　框架結(jié)構(gòu)由梁(橫向、縱向)和柱剛性連接而成。框架結(jié)構(gòu)體系具有建筑平面布置靈活，建筑空間大等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房和公共建筑中。

　　在豎向和水平荷載作用下，框架梁、柱將產(chǎn)生內(nèi)力(彎矩、剪力和軸力)。在水平荷載作用下，隨高度的增加，框架底部梁柱構(gòu)件的彎矩和剪力顯著增大，從而導(dǎo)致梁柱的截面尺寸和配筋量增加，給建筑平面布置和空間處理帶來困難，在材料用量和工程造價方面也趨于不合理，因此其在使用層數(shù)上受限。

　　框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度較小，在水平荷載作用下，側(cè)移大，屬柔性結(jié)構(gòu)。由于框架結(jié)構(gòu)變形大(包括頂點(diǎn)側(cè)移和層間相對側(cè)移)，從而使得非結(jié)構(gòu)構(gòu)件(如填充墻、裝飾、設(shè)備管道等)破壞十分嚴(yán)重。在強(qiáng)震作用下，框架結(jié)構(gòu)由于發(fā)生彈塑性變形而產(chǎn)生較大水平位移，因此要求框架結(jié)構(gòu)要具有充分的變形能力，即要具有良好的延性。

　　采用框架結(jié)構(gòu)時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)層高、跨度、抗震設(shè)計烈度等具體條件，確定建筑層數(shù)和總高度的使用范圍，在此范圍內(nèi)，框架結(jié)構(gòu)的承載能力、側(cè)向剛度都能滿足設(shè)計要求，材料用量及造價也較合理。

　　由于框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度較小，構(gòu)件截面亦較小，強(qiáng)震作用下，頂點(diǎn)側(cè)移和層間相對側(cè)移較大，容易產(chǎn)生震害，因而主要適用于非抗震區(qū)和層數(shù)較少的建筑。一般認(rèn)為，在非地震設(shè)防區(qū)，框架結(jié)構(gòu)不宜超過15層;抗震設(shè)防區(qū)，框架結(jié)構(gòu)以不超過10層為宜，最大高度約為30m，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為9度時，不宜采用框架結(jié)構(gòu)。

　　現(xiàn)有框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計大多是基于梁、柱中心線重合的前提條件下進(jìn)行的，而在實(shí)際工程中，由于建筑立面的需要或使用功能的要求，存在梁軸線與柱軸線不重合的現(xiàn)象，這使得結(jié)構(gòu)在豎向和水平荷載作用下，構(gòu)件的受力機(jī)理和傳力途徑更加復(fù)雜。國內(nèi)外多次大地震中發(fā)現(xiàn)，由于梁柱偏心造成框架節(jié)點(diǎn)有效寬度減小，承載力下降，節(jié)點(diǎn)破壞，最終導(dǎo)致整個框架的倒塌。

　　我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：框架梁柱中心線宜重合。當(dāng)梁柱中心線不能重合時，在計算中應(yīng)考慮偏心對梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受力和構(gòu)造的不利影響，以及梁荷載對柱子的偏心影響。 梁、柱中心線之間的偏心距，9度抗震設(shè)計時不應(yīng)大于柱截面在該方向?qū)挾鹊?/4;非抗震設(shè)計和6～8度抗震設(shè)計時不宜大于柱截面在該方向?qū)挾鹊?/4，如偏心距大于該方向柱寬的1/4時，可采取增設(shè)梁的水平加腋等措施。設(shè)置水平加腋后，仍需考慮梁柱偏心的不利影響。可見，我國現(xiàn)行的規(guī)范將框架結(jié)構(gòu)中的梁柱偏心分為兩種情況：一為偏心距應(yīng)(宜)小于該方向柱寬的1/4，此時忽略偏心影響;二為大于柱寬的1/4，此時加腋，并仍考慮偏心影響，但規(guī)范中未明確設(shè)計中如何對偏心的影響加以考慮。

　　由于規(guī)范未明確梁柱偏心會給結(jié)構(gòu)帶來的不利影響及具體的設(shè)計方法，使得設(shè)計人員在進(jìn)行設(shè)計時無據(jù)可依，計算出的內(nèi)力和位移有時與實(shí)際有一定出入，這種出入有時會對結(jié)構(gòu)帶來極為不利的影響，針對這種情況，本文采用有限元分析軟件SAP2000建立模型，對存在梁柱偏心的框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及位移進(jìn)行計算分析，對存在梁柱偏心的框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了一定的理論依據(jù)和建議。

　　二、模型簡介

　　本文所選算例為一10層框架結(jié)構(gòu)體系，平面布置如圖1所示，層高3m，柱截面尺寸0.8m

　　×0.8m，梁截面尺寸0.25m×0.6m，混凝土強(qiáng)度等級C40，板厚度0.1m，混凝土強(qiáng)度等級C25。建筑場地類別為II類場地土，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度為0.2g，設(shè)計地震分組為第二組，場地特征周期值為0.4s。由于建筑設(shè)計的需要，要求梁面與柱面平齊，使得梁柱偏心為0.275m，大于1/4柱寬。

　　采用SAP2000結(jié)構(gòu)分析軟件，按實(shí)際尺寸建立三維空間模型，如圖2。模型分別按以下

　　三種情況建立：①不偏心(e=0);②偏心大于1/4柱寬(e=0.275m);③偏心大于1/4柱寬

　　(e=0.275m)時按圖3所示尺寸對梁水進(jìn)行平加腋。模型中梁、柱采用三維梁單元，樓板采用殼單元，各樓層采用彈性樓板假定，模型總自由度數(shù)約為31500個。

　　分析中混凝土自重取25kN/m3，考慮到后期使用及裝修過程中會增加一部分附加質(zhì)量，計算中將這部分質(zhì)量按2kN/㎡計入樓板荷載中。活荷載取值按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009-2001)規(guī)定取為2kN/㎡ 。其他非結(jié)構(gòu)構(gòu)件如框架填充墻、內(nèi)隔墻等會增加結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，對結(jié)構(gòu)的剛度會有所增加，分析中其影響通過將計算出的周期乘以折減系數(shù)0.7予以考慮。

　　地震作用按振型分解反應(yīng)譜法和時程分析法兩種方法進(jìn)行計算，分別考慮x向和y向單向水平地震作用。另外，為進(jìn)一步分析框架結(jié)構(gòu)中的梁柱偏心對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)影響，還考慮了雙向水平地震作用(x向：y向=1：0.85)對結(jié)構(gòu)的影響。振型分解反應(yīng)譜法中振型組合方法采用完全二次型組合法—CQC法，地震反應(yīng)譜根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011-2001)相關(guān)規(guī)定確定，水平地震影響系數(shù)最大值為 αmax=0.16。時程分析中的地震波選用1940年美國Elcentro波南北分量前8s，其為Ⅱ類場地常用的地震波，也是國內(nèi)外動力分析和動力試驗中應(yīng)用最為廣泛的地震波，分析中其加速度峰值按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定調(diào)整為70cm/s2。

　　三、分析結(jié)論

　　通過對模型的計算、分析，得到如下結(jié)論：

　　⑴框架結(jié)構(gòu)中梁柱偏心會造成結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度輕微降低，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)周期稍有增加，在一定程度上會增加結(jié)構(gòu)的平動和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。梁端加腋可適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，減小梁柱偏心對結(jié)構(gòu)周期的影響，減弱梁柱偏心對結(jié)構(gòu)增加的平動效應(yīng)，但對扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響不明顯。以上表現(xiàn)皆主要反映于低階振型。

　　⑵豎向荷載作用下，梁柱偏心使得角柱的彎矩和剪力下降，使得存在梁柱偏心的其他柱偏心方向的剪力和垂直于偏心方向的彎矩上升，且上升幅度較大，本文模型中上升幅度為60%左右。梁端加腋會增加梁傳至柱的剪力，反而可能使得偏心引起的結(jié)構(gòu)的彎矩和剪力上升趨勢增強(qiáng)，對結(jié)構(gòu)帶來不利影響。

　　⑶水平地震作用下，由于梁傳至柱的剪力增大，從而使得梁柱偏心方向與水平地震力方向垂直的柱的彎矩和剪力的變化趨勢越加明顯，并使得結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)增強(qiáng)。梁水平加腋能對梁柱偏心產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)稍加改善，但改善效果并不明顯。

　　⑷梁柱偏心對梁受力的影響相對于柱來說較小，梁會隨柱彎矩和剪力的變化而產(chǎn)生相應(yīng)的變化。梁水平加腋會使得自重產(chǎn)生的彎矩和剪力有所上升，對梁的受力帶來不利影響。

　　⑸地震作用時，梁柱偏心會使得結(jié)構(gòu)的樓層位移稍有上升，梁水平加腋會使得結(jié)構(gòu)的樓層位移有所下降，但變化幅度較小，如本文模型中變化僅為2%左右，基本上可忽略其影響。梁柱偏心會延遲結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移到達(dá)最大值的時間，但其最大值會有所增加，梁水平加腋會使得結(jié)構(gòu)到達(dá)最大值的時間提前，但同時會使結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)增大，從而使其最大值增大。

　　由以上幾點(diǎn)結(jié)論可看出，框架結(jié)構(gòu)中梁柱偏心確實(shí)會對結(jié)構(gòu)構(gòu)件尤其是柱的受力帶來不利影響，所以《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定框架梁、柱中心線宜重合，當(dāng)梁柱中心線不能重合時，計算中應(yīng)考慮偏心對結(jié)構(gòu)的影響。具體來說，設(shè)計中建立模型對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時，應(yīng)對梁柱偏心進(jìn)行設(shè)置后再進(jìn)行分析，目前大多數(shù)結(jié)構(gòu)分析軟件都具有設(shè)置線偏心的功能，所以建模時能很容易的實(shí)現(xiàn)梁柱偏心的設(shè)置。梁端加腋能減小梁柱偏心距，并已為眾多試驗所證明可改善梁柱節(jié)點(diǎn)的受力狀況，但如果其設(shè)置的尺寸不合適，反而會給結(jié)構(gòu)帶來不利影響，所以，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定可通過梁水平加腋對梁柱偏心進(jìn)行處理，但同時對梁水平加腋的尺寸進(jìn)行了限制，設(shè)計中對梁進(jìn)行水平加腋時，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定進(jìn)行。另外，由于梁柱偏心會增加結(jié)構(gòu)的自振周期，所以在軟弱地基上設(shè)計框架結(jié)構(gòu)時，應(yīng)盡量避免梁柱偏心，以免對結(jié)構(gòu)帶來更為不利的影響。

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