框架梁與柱偏心對結構的影響

馬翔飛

【摘要】框架結構普遍是按梁、柱中心線重合的條件下考慮的。但是多數功能中由于使用功能的要求導致梁、柱很難保證中心線對齊，而這樣會影響到梁、柱的配筋以及結構的整體合理性。因此一下本文分析偏心對結構的影響及控制措施。

【關鍵字】偏心 措施 施工

【中圖分類號】TU528 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0248-01

在多層商業中，由于使用功能和結構布局上的諸多因素影響，框架結構就才成為非常適合此類功能需求的結構，在空間布局中，外墻多數由于造型要求，要求外立面表面平整，而多數情況下，框架柱與梁截面很難保證同樣寬度，框架柱主要承受豎向力，而框架梁主要承受水平力，框架梁的寬度對梁的抵抗彎矩的效果不明顯，多數情況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兩種構建的尺寸不一致。

規范中規定框架結構中梁、柱中心線宜重合。當梁柱中心線不能重合時，在計算中考慮偏心對梁柱節點核心區和構造的不利影響，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度抗震設計時不應大于柱截面該方向寬度的1/4；非抗震設計和6～8度抗震設計時不宜大于柱截面在該方向寬度的1/4時，可采取增設梁的水平加腋等措施。設置水平加腋后，仍需考慮梁柱偏心的不利影響。

此案例為河北某建筑標準層，結構形式為框架結構，地上五層，地下一層，基礎形式為鋼筋混凝土獨立基礎和條形基礎。本建筑的結構安全等級為二級；建筑抗震設防類別為丙類，抗震等級為三級；設計基準期為50年，地基基礎設計等級為乙級。建筑物合理使用年限為50年。本工程的抗震設防烈度為7度，基本地震加速度O.15g，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅲ類，場地土屬中軟土，特征周期Tg=O.45s。地下水位較深，不用考慮該場地地下水對混凝土結構和混凝土結構中的鋼筋的腐蝕性。

規范中規定10層及10層以上或房屋高度大于28m的住宅結構建筑以及房屋高度大于24m的其他高層民用建筑混凝土結構。本案例為多層框架結構，在計算模型時主要考慮平面荷載導致的豎向力傳遞，風荷載并不起到控制結構位移的作用，可以忽略不計。

此案例中最大框架柱截面尺寸為600×900mm，與其連接框架梁寬度為250mm，偏心距大于1/4柱寬，通過結構計算軟件，采用陣型分解反應譜法分析豎向荷載下水平偏心大于1/4時與框架梁與框架柱軸心重合的兩種情況，通過對比并計算檢驗兩種情況對梁、柱配筋的影響以及整體結構的影響。

已柱配筋大于1/4的情況下，考慮結構的雙向地震作用和偶然偏心，結構的最大位移角為三層1/552，滿足規范要求的1/550，層間位移比最大為1.48，復合規范要求最大1.50的要求。經過調整框架梁和框架柱的軸心對其的情況下，位移角最大為1/560，層間位移比最大為1.47。調整后的框架柱的軸壓比部分減小了5%左右，梁配筋基本無變化。可見偏心對框架的整體架構有一定的影響，配筋影響較小。但從規范角度出發偏心大于1/4時，需要水平方向加腋等措施。設置水平加腋后，仍須考慮框架梁、柱偏心的不利影響。

框架梁的水平加腋厚度可取梁截面高度，其水平尺寸應滿足

b_x/l_x≤1/2

b_x/b_b≤2/3

b_x+b_x+x≥b_c/2

式中：b_x為梁的水平加腋寬度，l_x為水平加腋長度，b_b為梁截面寬度，b_c為沿偏心方向柱截面寬度，x為非加腋側梁邊到柱邊的距離。以上規范說明就是控制了框架梁與柱的軸心偏差不能過大，框架梁的截面寬度不能與其對應的框架柱的對應偏心尺寸過大。因此在框架設計中還是盡量減小梁、柱的偏心。

框架結構主要有框架梁和框架柱作為整體結構的支撐體系，因此在發生地震時會發生幾種震害：

1、短柱破壞。由于在建筑使用過程中，部分人員私自拆除圖紙隔墻并加入磚墻等影響柱有效高度位移的情況，形成短柱現象，發生局部破壞現象。設計圖紙時，設計人員是按照長柱配筋，并不是按短柱設計那樣全高箍筋加密。

2、角柱的破壞。由于角柱受到兩個方向的地震水平力影響較大，遭遇震害時約束比框架結構內部的框架柱約束較少，框架柱更容易破壞。

框架結構的破壞多數會在梁柱交接的節點，水平力與地震力的相互作用下使梁柱交接節點處出現局部破壞。由于梁破壞的后果小于柱破壞的后果，因此規范提出墻柱弱梁的概念，就是保證在罕遇地震下，允許框架梁發生彎曲破壞，但框架柱還能維持使用功能，不會引起整個結構的破壞。

梁柱偏心水平加腋適當的加強了節點剛度，但對抗震優化的考慮，梁柱節點配筋只能適當加強，保證梁柱節點不發生脆性破壞，在出現地震時盡量吸收較大的地震能量，保證人員的安全。

在水平加腋的框架梁施工時，加腋長度范圍內需要箍筋全長加密，梁上部縱向鋼筋伸入框架柱節點的錨固長度，直線錨固時不應小于la，且伸過柱中心線的長度不宜小于5倍的梁縱向鋼筋直徑，當柱截面尺寸不足時，梁上部縱向鋼筋應伸至節點對邊并向下彎折，彎折水平段的投影長度不應小于0.4l_ab，彎折后豎直投影長度不應小于15倍縱向鋼筋直徑。梁水平加腋部分水平筋要與框架梁的水平筋伸入框架梁的長度一致。

可見，在實際工程中結構應盡量避免梁柱偏心過大而造成的結構的位移以及配筋的不利影響，而在施工中會額外的增加用鋼量造成成本的增加。使結構布置合理、安全，達到整體結構增值的最大化。