一端為柱一端為梁的框架梁對結(jié)構(gòu)體系的分析影響

1、    一端為柱一端為梁的框架梁對結(jié)構(gòu)體系的分析影響    凌江【摘要】近年實際工程中，特別是住宅出現(xiàn)了很多框架梁一端為柱一端為梁的情況，本文主要以實際工程為例結(jié)合計算軟件分析框架梁中一端為柱一端為梁的情況對整體結(jié)構(gòu)的影響，并對此給出建議?！娟P(guān)鍵詞】框架梁；一端為柱一端為梁；結(jié)構(gòu)體系引言隨著人們對住宅產(chǎn)品的要求越來越高，戶型的變化對結(jié)構(gòu)布置甚至結(jié)構(gòu)體系的要求也越來越高。同時開發(fā)商對結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟造價也提出了較高的要求。在這樣背景下，結(jié)構(gòu)布置中難免出現(xiàn)了個別框架梁一端為柱（墻）一端為梁的情況。本文以實際工程為例分析這種情況對整體結(jié)構(gòu)的影響。1. 工程簡介：實際

2、工程為多層住宅，建筑高度20.9米，7層?？拐鹪O(shè)防類別丙類，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本加速度為0.15g，設(shè)計地震分組為第一組，場地土類別ii類。50年重現(xiàn)期風(fēng)荷載0.45kn/m2，基本雪壓0.35kn/m2。圖1.結(jié)構(gòu)標準層平面布置圖結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮建筑布置及造價采用異形柱框剪結(jié)構(gòu)，在結(jié)合建筑布置中則出現(xiàn)框架梁一端為柱一端為梁的情況，如圖1結(jié)構(gòu)標準層平面布置圖中在建筑1-c軸、1-d軸x向框架梁框架梁屬于一端為柱一端為梁情況，1-27軸、1-37軸、1-28軸、1-36軸y向也屬于一端為柱一端為梁情況。2. 計算軟件選擇及模型驗證：對于一端為柱一端為梁的框架梁直接影響的就是結(jié)構(gòu)框架不能形成有

3、效的抗側(cè)力體系。結(jié)構(gòu)計算軟件能不能準確反映出一端為柱一端為梁的對結(jié)構(gòu)剛度帶來的影響至關(guān)重要。分析驗證計算軟件采用pkpm-satwe，以單層框架的結(jié)構(gòu)為例。結(jié)構(gòu)布置圖詳圖3。圖2.計算對比模型結(jié)構(gòu)布置圖（左為框架一，右為框架二）圖2中框架一為梁柱對齊框架結(jié)構(gòu)，框架二則模擬一端為梁一端為柱的情況。計算分析主要參數(shù)框架一前三周期為0.6561（x）、0.6561（y）、0.6242（扭轉(zhuǎn)），地震力作用下y向最大層間位移角1/1996；框架二前三周期為0.8255（y）、0.6516（x）、0.5965（扭轉(zhuǎn)），地震力作用下y向最大層間位移角1/1228。由數(shù)值可以看出，當(dāng)改變框架位置，產(chǎn)生一端為梁

4、，一端為柱情況后，從地震力作用下最大值層間位移角可以看出框架二的y向的剛度大幅降低，只有框架一的62%，且框架二的第一周期為y向的平動，周期值較大也意味著y向剛度減小。由此可看出，pkpm-satwe計算軟件對于框架一端為梁，一端為柱的情況可以準確的計算出其理論剛度；計算結(jié)果指標能準確反應(yīng)結(jié)構(gòu)布置的實際情況。3. 國家規(guī)范對結(jié)構(gòu)體系的基本要求：一端為柱一端為梁的框架梁對結(jié)構(gòu)剛度布置、有效傳遞水平力均較差，并間接影響結(jié)構(gòu)體系。在全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施1（結(jié)構(gòu)部分）針對于結(jié)構(gòu)體系有如下要求及描述：（摘錄）1. 應(yīng)能制定出明確的、當(dāng)前計算手段能解決的平面或空間計算簡圖。2. 應(yīng)具有合理的、直接

5、的或基本直接的傳力途徑。3. 應(yīng)具有足夠的側(cè)向剛度、較強的水平承載力、良好的變形能力、能吸收和耗散較多的地震輸入能量。逐條對應(yīng)以上要求，對于存在一端為柱一端為梁的結(jié)構(gòu)體系來說要做到以下幾點：1. 所采用的計算軟件應(yīng)能分析清楚一端為柱一端為梁對結(jié)構(gòu)體系帶來的影響。2. 結(jié)構(gòu)平面布置中應(yīng)沿建筑周邊外墻、樓梯間等重要區(qū)域設(shè)置一一對應(yīng)的墻柱，形成主要、直接的傳力途徑，局部由于住宅建筑功能或建筑立面的原因設(shè)置了一端為柱一端為梁不能影響整體結(jié)構(gòu)傳力。3. 保證結(jié)構(gòu)體系中主要的墻柱形成的框架有足夠的剛度，較強的水平承載力、良好的變形能力。對于一端為柱一端為梁的框架梁應(yīng)保證在偶遇地震或罕遇地震下當(dāng)其產(chǎn)生較大的

6、塑性變形剛度退化較大時，主要的抗側(cè)力體系仍能有效的工作并完成抗震性能目標。4. 實際工程計算分析：計算分析采用pkpm-stawe結(jié)果。針對結(jié)構(gòu)布置是否能有效地傳遞水平力，讀取結(jié)構(gòu)標準層（3層位置）y向地震工況下的框架彎矩圖。見圖3：圖3.結(jié)構(gòu)3層y向地震工況下框架梁彎矩圖可以看出框架中一端為柱一端梁的情況存在，但僅是少數(shù)位置，而且這部分框架所分配的水平地震力不大，大部分水平地震力由主要抗側(cè)力單元（即兩端均為柱或墻的框架梁）承擔(dān)。一端為柱一端為梁的框架在承受地震作用下雖能承受一定的水平力，但因為其構(gòu)造特點，在偶遇地震或罕遇地震下一端為梁的節(jié)點區(qū)域并不能形成有效的約束，易產(chǎn)生較大的塑性變形剛度退

7、化，從而形成塑性鉸，形成塑性鉸后其剛度及傳遞水平力的性能大為降低。為方便對比驗算，將原有模型中所有一端為柱一端梁兩端均設(shè)置為鉸接，簡化模擬可能產(chǎn)生塑性鉸引起的剛度退化，設(shè)置鉸接前后整體結(jié)構(gòu)的計算參數(shù)結(jié)果見表2。由表1可知當(dāng)將一端為梁、一端為柱的框架梁兩端鉸接時整體結(jié)構(gòu)指標均能滿足規(guī)范要求。將一端為梁一端為柱的框架梁兩端設(shè)置為鉸接時，結(jié)構(gòu)剛度略為減小，整棟樓的周期略有增加。由此可見，這一部分一端為梁一端為柱的框架梁對結(jié)構(gòu)整體抗震能力的影響很小，這說明主要的抗側(cè)力單元在結(jié)構(gòu)中發(fā)揮了決定性的作用。表1：設(shè)置鉸接前后整體結(jié)構(gòu)的計算參數(shù)表初始模型設(shè)置兩端鉸接模型周期t10.8114（x向）0.8304（

8、x向）t20.6839（y向）0.7452（y向）t30.5189（扭轉(zhuǎn)）0.5626（扭轉(zhuǎn)）周期比 t3/t10.63950.6775地震力作用下的樓層最大位移x1/10511/1001y1/12911/1179地震力作用的樓層最大位移比x-5%1.111.09x+5%1.101.13y-5%1.121.13y+5%1.121.12地震作用下最大樓層剪力x1094.0 kn1067.8 kny1265.8 kn1165.0 kn設(shè)置兩端鉸接后讀取結(jié)構(gòu)3層y向地震工況下框架梁彎矩圖。當(dāng)一端為梁一端為柱框架梁在其兩端設(shè)置鉸接后，完全不參與地震水平力的彎矩分配，而主要抗側(cè)力單元的框架上彎矩有所增加

9、。邊框架主要抗側(cè)力單元在y向地震作用下端部彎矩由 134.7 kn·m 增加至 144.9 kn·m ，增幅為7.6%；中部在y向地震作用下端部彎矩由 78.9 kn·m 增加至 89.6 kn·m，增幅為13.6%。梁配筋信息中，邊框架上部截面配筋控制彎矩由228.8 kn·m增加至 246.9 kn·m，增幅為7.9%，配筋需要面積由13cm2增加到14 cm2；中間框架下部截面配筋控制彎矩由160.9 kn·m增加至 177.6 kn·m，增幅為10.0%，配筋需要面積由8cm2增加到9 cm2。設(shè)置鉸接后地

10、震作用水平力基本不變，說明主要結(jié)構(gòu)抗側(cè)力單元剛度變化小。因設(shè)置鉸后，一端為梁一端為柱框架梁不承擔(dān)地震作用水平力，主要抗側(cè)力體系的彎矩及配筋均有增加。5. 罕遇地震靜力彈塑性計算：分析存在一端為柱一端為梁的框架梁結(jié)構(gòu)體系在結(jié)構(gòu)彈塑性分析過程中結(jié)構(gòu)性能及塑性鉸出現(xiàn)規(guī)律。采用pkpm中彈塑性靜力分析2，分析方法為推覆沿著互相垂直的x、y方向分兩次進行，每個方向的加載過程分兩大步，第一步先施加豎向的靜力荷載，第二步是施加側(cè)推荷載。靜力荷載和側(cè)推荷載均采用step-by-step的非線性分析。構(gòu)件的配筋直接讀取satwe的分析配筋結(jié)果，然后乘以全樓鋼筋縮放系數(shù)1.1計算。材料的強度選取標準值。桿件鉸的判

11、別條件為：截面剛度退化為初始截面剛度的70%時認為出現(xiàn)塑性鉸。根據(jù)抗震規(guī)范，罕遇地震的地震影響系數(shù)取0.72，tg=0.60秒。初始彈性狀態(tài)下結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05，程序?qū)π枨笞V曲線考慮附加阻尼折減，即考慮了結(jié)構(gòu)彈塑性較大時阻尼比的增大。由能力-需求譜曲線可以看出，在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)的最大層間位移角為 1/148（x向）、1/174（y向），滿足規(guī)范1/100的要求。此時，結(jié)構(gòu)三層以下的部分連梁位置產(chǎn)生部分彎矩鉸，二層以下少量剪力墻產(chǎn)生輕微裂縫，結(jié)構(gòu)無明顯薄弱層。局部一端為柱一端為梁的框架梁在彈塑性驗算下受力不大，基本未產(chǎn)生塑性鉸。6. 結(jié)論：1. pkpm-satwe結(jié)構(gòu)計算軟件能準確的模擬一端為柱一端為梁的結(jié)構(gòu)。2. 結(jié)構(gòu)體系布置中，應(yīng)設(shè)置有兩端均為柱或墻的主要抗側(cè)力體系。3. 從上述計算結(jié)構(gòu)可以得出，結(jié)構(gòu)體系中存在少量的一端為