框架梁与柱偏心对结构的影响

【关键字】偏心 措施 施工 

　　在多层商业中，由于使用功能和结构布局上的诸多因素影响，框架结构就才成为非常适合此类功能需求的结构，在空间布局中，外墙多数由于造型要求，要求外立面表面平整，而多数情况下，框架柱与梁截面很难保证同样宽度，框架柱主要承受竖向力，而框架梁主要承受水平力，框架梁的宽度对梁的抵抗弯矩的效果不明显，多数情况框架梁的功能主要是靠梁的高度控制，受力功能上的不同使两种构建的尺寸不一致。 

　　规范中规定框架结构中梁、柱中心线宜重合。当梁柱中心线不能重合时，在计算中考虑偏心对梁柱节点核心区和构造的不利影响，以及梁荷载对柱子的偏心影响。梁、柱中心线之间的偏心距，9度抗震设计时不应大于柱截面该方向宽度的1/4；非抗震设计和6～8度抗震设计时不宜大于柱截面在该方向宽度的1/4时，可采取增设梁的水平加腋等措施。设置水平加腋后，仍需考虑梁柱偏心的不利影响。 

　　此案例为河北某建筑标准层，结构形式为框架结构，地上五层，地下一层，基础形式为钢筋混凝土独立基础和条形基础。本建筑的结构安全等级为二级；建筑抗震设防类别为丙类，抗震等级为三级；设计基准期为50年，地基基础设计等级为乙级。建筑物合理使用年限为50年。本工程的抗震设防烈度为7度，基本地震加速度O.15g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类，场地土属中软土，特征周期Tg=O.45s。地下水位较深，不用考虑该场地地下水对混凝土结构和混凝土结构中的钢筋的腐蚀性。 

　　规范中规定10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅结构建筑以及房屋高度大于24m的其他高层民用建筑混凝土结构。本案例为多层框架结构，在计算模型时主要考虑平面荷载导致的竖向力传递，风荷载并不起到控制结构位移的作用，可以忽略不计。 

　　此案例中最大框架柱截面尺寸为600×900mm，与其连接框架梁宽度为250mm，偏心距大于1/4柱宽，通过结构计算软件，采用阵型分解反应谱法分析竖向荷载下水平偏心大于1/4时与框架梁与框架柱轴心重合的两种情况，通过对比并计算检验两种情况对梁、柱配筋的影响以及整体结构的影响。 

　　已柱配筋大于1/4的情况下，考虑结构的双向地震作用和偶然偏心，结构的最大位移角为三层1/552，满足规范要求的1/550，层间位移比最大为1.48，复合规范要求最大1.50的要求。经过调整框架梁和框架柱的轴心对其的情况下，位移角最大为1/560，层间位移比最大为1.47。调整后的框架柱的轴压比部分减小了5%左右，梁配筋基本无变化。可见偏心对框架的整体架构有一定的影响，配筋影响较小。但从规范角度出发偏心大于1/4时，需要水平方向加腋等措施。设置水平加腋后，仍须考虑框架梁、柱偏心的不利影响。 

　　框架梁的水平加腋厚度可取梁截面高度，其水平尺寸应满足 

　　bx/lx≤1/2 

　　bx/bb≤2/3 

　　bx+bx+x≥bc/2 

　　式中：bx为梁的水平加腋宽度，lx为水平加腋长度，bb为梁截面宽度，bc为沿偏心方向柱截面宽度，x为非加腋侧梁边到柱边的距离。以上规范说明就是控制了框架梁与柱的轴心偏差不能过大，框架梁的截面宽度不能与其对应的框架柱的对应偏心尺寸过大。因此在框架设计中还是尽量减小梁、柱的偏心。 

　　框架结构主要有框架梁和框架柱作为整体结构的支撑体系，因此在发生地震时会发生几种震害： 

　　1、短柱破坏。由于在建筑使用过程中，部分人员私自拆除图纸隔墙并加入砖墙等影响柱有效高度位移的情况，形成短柱现象，发生局部破坏现象。设计图纸时，设计人员是按照长柱配筋，并不是按短柱设计那样全高箍筋加密。 

　　2、角柱的破坏。由于角柱受到两个方向的地震水平力影响较大，遭遇震害时约束比框架结构内部的框架柱约束较少，框架柱更容易破坏。 

　　框架结构的破坏多数会在梁柱交接的节点，水平力与地震,力的相互作用下使梁柱交接节点处出现局部破坏。由于梁破坏的后果小于柱破坏的后果，因此规范提出墙柱弱梁的概念，就是保证在罕遇地震下，允许框架梁发生弯曲破坏，但框架柱还能维持使用功能，不会引起整个结构的破坏。 

　　梁柱偏心水平加腋适当的加强了节点刚度，但对抗震优化的考虑，梁柱节点配筋只能适当加强，保证梁柱节点不发生脆性破坏，在出现地震时尽量吸收较大的地震能量，保证人员的安全。 

　　在水平加腋的框架梁施工时，加腋长度范围内需要箍筋全长加密，梁上部纵向钢筋伸入框架柱节点的锚固长度，直线锚固时不应小于la，且伸过柱中心线的长度不宜小于5倍的梁纵向钢筋直径，当柱截面尺寸不足时，梁上部纵向钢筋应伸至节点对边并向下弯折，弯折水平段的投影长度不应小于0.4lab，弯折后竖直投影长度不应小于15倍纵向钢筋直径。梁水平加腋部分水平筋要与框架梁的水平筋伸入框架梁的长度一致。 

　　可见，在实际工程中结构应尽量避免梁柱偏心过大而造成的结构的位移以及配筋的不利影响，而在施工中会额外的增加用钢量造成成本的增加。使结构布置合理、安全，达到整体结构增值的最大化。