摘要：框架結(jié)構(gòu)中梁柱偏心會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件尤其是柱的受力帶來(lái)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(shí)，計(jì)算中應(yīng)考慮偏心對(duì)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(yàn)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(huì)給結(jié)構(gòu)帶來(lái)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(guò)梁水平加腋對(duì)梁柱偏心進(jìn)行處理，但同時(shí)對(duì)梁水平加腋的尺寸進(jìn)行了限制。另外，由于梁柱偏心會(huì)增加結(jié)構(gòu)的自振周期，所以在軟弱地基上設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)時(shí)，更應(yīng)該避免梁柱偏心，以免對(duì)結(jié)構(gòu)帶來(lái)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(hào)： TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　一、概述

　　框架結(jié)構(gòu)由梁(橫向、縱向)和柱剛性連接而成?？蚣芙Y(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(lái)困難，在材料用量和工程造價(jià)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(duì)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(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)層高、跨度、抗震設(shè)計(jì)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(jì)要求，材料用量及造價(jià)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(duì)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(guò)15層;抗震設(shè)防區(qū)，框架結(jié)構(gòu)以不超過(guò)10層為宜，最大高度約為30m，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為9度時(shí)，不宜采用框架結(jié)構(gòu)。

　　現(xiàn)有框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(guó)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(gè)框架的倒塌。

　　我國(guó)《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(shí)，在計(jì)算中應(yīng)考慮偏心對(duì)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(duì)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(jì)時(shí)不應(yīng)大于柱截面在該方向?qū)挾鹊?/4;非抗震設(shè)計(jì)和6～8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)，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?？梢?jiàn)，我國(guó)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(shí)忽略偏心影響;二為大于柱寬的1/4，此時(shí)加腋，并仍考慮偏心影響，但規(guī)范中未明確設(shè)計(jì)中如何對(duì)偏心的影響加以考慮。

　　由于規(guī)范未明確梁柱偏心會(huì)給結(jié)構(gòu)帶來(lái)的不利影響及具體的設(shè)計(jì)方法，使得設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)據(jù)可依，計(jì)算出的內(nèi)力和位移有時(shí)與實(shí)際有一定出入，這種出入有時(shí)會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)帶來(lái)極為不利的影響，針對(duì)這種情況，本文采用有限元分析軟件SAP2000建立模型，對(duì)存在梁柱偏心的框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及位移進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)存在梁柱偏心的框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了一定的理論依據(jù)和建議。

　　二、模型簡(jiǎn)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(jí)C40，板厚度0.1m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25。建筑場(chǎng)地類別為II類場(chǎng)地土，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.2g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地特征周期值為0.4s。由于建筑設(shè)計(jì)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(shí)按圖3所示尺寸對(duì)梁水進(jìn)行平加腋。模型中梁、柱采用三維梁?jiǎn)卧瑯前宀捎脷卧?，各樓層采用彈性樓板假定，模型總自由度?shù)約為31500個(gè)。

　　分析中混凝土自重取25kN/m3，考慮到后期使用及裝修過(guò)程中會(huì)增加一部分附加質(zhì)量，計(jì)算中將這部分質(zhì)量按2kN/㎡計(jì)入樓板荷載中?；詈奢d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(huì)增加結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度會(huì)有所增加，分析中其影響通過(guò)將計(jì)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(shí)程分析法兩種方法進(jìn)行計(jì)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(duì)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(duì)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(jì)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(shí)程分析中的地震波選用1940年美國(guó)Elcentro波南北分量前8s，其為Ⅱ類場(chǎng)地常用的地震波，也是國(guó)內(nèi)外動(dòng)力分析和動(dòng)力試驗(yàn)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(jì)規(guī)范》規(guī)定調(diào)整為70cm/s2。

　　三、分析結(jié)論

　　通過(guò)對(duì)模型的計(jì)算、分析，得到如下結(jié)論：

　?、趴蚣芙Y(jié)構(gòu)中梁柱偏心會(huì)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(huì)增加結(jié)構(gòu)的平動(dòng)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(duì)結(jié)構(gòu)周期的影響，減弱梁柱偏心對(duì)結(jié)構(gòu)增加的平動(dòng)效應(yīng)，但對(duì)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。

　?、曝Q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(huì)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(shì)增強(qiáng)，對(duì)結(jié)構(gòu)帶來(lái)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(shì)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(duì)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。

　?、攘褐膶?duì)梁受力的影響相對(duì)于柱來(lái)說(shuō)較小，梁會(huì)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(huì)使得自重產(chǎn)生的彎矩和剪力有所上升，對(duì)梁的受力帶來(lái)不利影響。

　?、傻卣鹱饔脮r(shí)，梁柱偏心會(huì)使得結(jié)構(gòu)的樓層位移稍有上升，梁水平加腋會(huì)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(huì)延遲結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移到達(dá)最大值的時(shí)間，但其最大值會(huì)有所增加，梁水平加腋會(huì)使得結(jié)構(gòu)到達(dá)最大值的時(shí)間提前，但同時(shí)會(huì)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(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件尤其是柱的受力帶來(lái)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(shí)，計(jì)算中應(yīng)考慮偏心對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。具體來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)中建立模型對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)對(duì)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(shí)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(yàn)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(huì)給結(jié)構(gòu)帶來(lái)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(guò)梁水平加腋對(duì)梁柱偏心進(jìn)行處理，但同時(shí)對(duì)梁水平加腋的尺寸進(jìn)行了限制，設(shè)計(jì)中對(duì)梁進(jìn)行水平加腋時(shí)，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(huì)增加結(jié)構(gòu)的自振周期，所以在軟弱地基上設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡量避免梁柱偏心，以免對(duì)結(jié)構(gòu)帶來(lái)更為不利的影響。

　　參考文獻(xiàn)

　　(1) 熊丹安.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例.武漢：武漢理工大學(xué)出版社.2005.

　　(2) 柳炳康,黃慎江,周安,張智梅. 鋼筋混凝土框架梁柱偏心節(jié)點(diǎn)抗震性能的試驗(yàn)研究. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),1999，20(5).

　　(3) 鄭祺,方鄂化. 鋼筋混凝土大偏心梁柱節(jié)點(diǎn)抗震性能的試驗(yàn)研究.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào).1999，20(6).

　　(4) 孫捷, 柳炳康,周安. 不同加腋寬度下鋼筋混凝土偏心節(jié)點(diǎn)的抗震性能.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2001，24(5).

　　(5) JGJ 3-2010.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程

　　(6) GB 50009-2001.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范.

　　(7) GB 50011-2010.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范.

　　(8) GB 50010-2010.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.