浅议悬挑框架梁的结构设计

赵永福　赵炜鹏

【摘要】对建筑结构在抗震设计悬挑梁端部设构造柱，使构造柱与悬挑梁刚性连接，形成超静定刚架，改善悬挑结构的受力性能，降低悬挑梁的截面尺寸，增加悬挑梁跨度，满足建筑功能要求。

【关键词】框架；悬挑梁；根部弯矩；结构措施.

【Abstract】The structure of cantilever beam end column in seismic design，The structural column connection with cantilever beam rigidity，The formation of statically indeterminate frame，To improve the mechanical properties of the structure of cantilever，Reduce the section size of the cantilever beam，The increase of cantilever beam span，To meet the functional requirements of the construction。

【Key words】Frame；Cantilever；Root bending moment；Structure measure

1. 在工程建筑设计中，建筑设计工程师有时为了立面的造型效果和使用功能考虑，常采用悬挑设计的方案，且悬挑跨度都很大

悬挑梁截面尺寸偏大，降低了建筑层高，既影响使用，又影响建筑美观。如果悬挑梁截面尺寸偏小，将给结构配筋计算及构造带来许多不利因素，如何解决这一矛盾，是结构设计工程师的一个难题。在框架结构抗震设计中，经常在悬挑梁端部设置构造柱，实际在结构计算中往往不考虑该构造柱的作用，该构造柱的作用就可能没有完全发挥作用；在此考虑该构造柱的作用，将使结构悬挑端形成不规则框架，可以大大缩小悬挑梁的截面尺寸，最大程度满足使用。

2.例：

某办公楼工程结构设计就遇到了大荷载，大悬挑的情况， 办公楼按七度抗震设防，框架抗震等级为二级，从建筑净空高度和设备管线水平布置考虑，悬挑梁截面不允许太大，否则挑梁根部截面弯矩及剪力过大。在工程设计中采用悬挑梁端头设构造柱的方法，竖向刚接各层的挑梁，与主体结构形成整体，以较小的截面满足建筑设计需要。以下为悬挑梁优化设计过程：取其中一榀框架梁计算简图如<图1>，荷载分布图如<图2>，下面分别对两种情况进行计算：1>挑梁端部无构造柱的情况，2>挑梁端部有构造柱的情况. 构造柱截面为300x300mm，两种情况采用空间计算软件SATWE计算的悬挑梁根部的局部内力见表1. 而从表1数据可知，端部加构造柱后， 悬挑梁根部弯矩急剧降低，挑梁剪力将重新分配，变化很大，但三层总和的剪力基本很接近，同时弯矩的变化也很大，端部加柱后，由于端部柱的抗弯能力，梁根部的弯矩峰值将变小，分配到端头的弯矩相应增大，根部弯矩与端头弯矩越平缓，说明梁的截面利用越合理，同时悬挑部分由于构造柱和悬挑梁刚性连接，使得原为静定结构的悬挑梁和构造柱形成超静定的刚架体系，共同工作，形成一个整体稳定、协同作用的工作格局，即构造柱承担了一部分弯矩，从而迅速降低悬挑梁的弯矩，而构造柱只能降低悬挑梁根部弯矩，悬挑部分的竖向荷载仍由悬挑梁根部的剪力承担，如果按本工程采用第一种情况挑梁端部无构造柱设计，挑梁根部将严重超筋，梁高偏小， 将需要增加梁高。通过采用第二种情况挑梁端部设柱，满足了结构设计需要，无需增大梁高。

3. 根据以上数据的对比分析，有以下体会及要求：

（1）在结构设计时应充分认识到，采用构造柱和悬挑梁刚性连接的方法，只是使原为静定结构体系独立工作的各层悬挑梁通过构造柱组成超静定体系共同工作，从而降低悬挑梁根部的总弯矩，而整个悬挑部分的竖向荷载仍由各层悬挑梁根部的剪力共同承担，总剪力不会降低，在截面设计时应注意悬挑梁根部的抗剪验算。

（2）设计时端部构造柱应按框架柱要求进行设计，悬挑梁除按框架梁要求外，还应满足悬挑梁的构造措施要求，全跨箍筋加密处理，根部设置鸭筋以防剪切破坏。

（3）在挑梁设计不落地的端柱，可以使各层挑梁具有共同工作的特性，形成一个稳定的工作机制，提高了结构的可靠度及抗震性能，即采用构造柱和悬挑梁刚性连接的方法，可以有效的降低悬挑梁的根部弯矩，减小悬挑梁的截面尺寸，满足了建筑对大跨度悬挑结构的要求。

（4）挑梁设置端部构造柱，可以减小挑梁根部的弯矩，使挑梁截面合理的利用， 但端部构造柱和悬挑梁的构造必须符合抗震规范对框架梁，柱构造的设计规定，梁柱连接的节点设计，应满足抗震规范对节点的构造措施要求。

（5）为保证各层挑梁的共同工作，本工程在施工时，底撑模不能先拆，待各层梁柱的混凝土达到设计强度后，方可拆除。

（6）考虑混凝土温度应力及徐变的影响，本工程在设计中，以每两层为一组，中间取消一层端柱。

参考文献

[1] 《建筑抗震设计规范》 （GB50011-2010）.

[2] 全国民用建筑工程设计技术措施.（2009年版）.

[文章编号]1619-2737（2016）03-18-100

[作者简介] 赵永福（1966-），男，职称；高级工程师，2002年重庆大学本科毕业，现从事建筑结构设计工作。