浅谈悬挑框架结构设计思路与工程应用

【摘要】本文通过分析悬挑框架与普通框架的不同特点，提出了一种改进的悬挑框架结构的计算方法，并通过实例验证。

【关键词】悬挑框架；结构设计；结构计算

在结构设计中，经常遇到悬挑梁的悬挑长度过大，建筑层高限制，或相邻建筑物的影响或建筑造型的要求，结构工程师常常采用悬挑框架的结构形式来满足建筑功能和造型的要求。

在多高层住宅和公建中，经常有门厅凸出主体建筑，突出3～4米左右，仅一层或二层。结构工程师也采用悬挑框架结构形式，且不做基础，以解决该处基础不满足规范的沉降要求。

建筑师在设计住宅时，往往在阳台的端部加做构架柱，如该构架柱按构造柱一样处理，即使后浇，实际上也往往与悬挑梁一起构成悬挑框架，所以也应该悬挑框架来对待较为妥当。

1 悬挑框架常规设计方法的一个误区

现在结构设计都是采用结构软件，运用较多的是中国建筑科学研究院开发的PKPM-TAT、SATWE等结构计算软件。

我们有的结构工程师将悬挑框架结构当成普通框架结构对待，把悬挑框架上的柱与框架柱不加区别地同时输入每层结构平面，悬挑框架柱与普通框架柱共同参与结构的整体计算，按计算结果配置各构件的钢筋。

事实上，悬挑框架与普通框架是受力完全不同的两种结构形式。普通框架结构中，梁、板承受竖向荷载，传到框架柱上，框架柱是抗侧力构件。悬挑框架结构是附属在主体结构上的结构，竖向荷载作用在悬挑梁上，通过悬挑框架柱传力，整个悬挑框架共同作用，然后再将力传到主体结构上去，悬挑梁相当于抗侧力构件。在地震作用下，悬挑框架结构主要承受竖向地震作用，而普通框架结构主要受到水平地震作用。

2 悬挑框架设计的改进方法

如果在结构平面输入时，把框架柱与悬挑框架柱同时输入各层结构平面，则这两种类型的柱均被当作结构的抗侧力构件，共同参与结构的整体计算，这与实际结构的受力情况不符合，得到的结果是不正确的，有时还会带来安全隐患。

因此，我们采用改进的方法设计悬挑框架结构：

第一步：假设悬挑梁根部为固端，用结构力学的方法算出悬挑框架各杆件的受力，可用手算也可用PKPM-PK软件计算。

第二步：将根部各点的力反向加入主体框架结构，按结点荷载输入。然后按普通框架结构，继续以下各步的计算。悬挑框架的梁、柱不进入计算，由设计人员另行加入施工图中设计。

第三步：对于固端，实际上其各点有相对位移。另外，悬挑框架也未计入水平地震作用的影响，这些均在结构布置和构造上加以保证。

3 实例分析

某小区3#住宅楼，二个单元，地上六层，半地下室一层，层高均为2.9米。结构计算层数七层，门厅为一层悬挑框架，阳台为一层～六层悬挑框架结构。用PKPM系列软件的PMCAD和SATWE-8，按照上述两种方法（常规方法和改进方法）分析，计算该工程结构，得到的部分结果。

从表可以看出，两种方法计算的结果是不同的，从而引起对结构构件的配筋也是不同的。

表一各楼层侧向刚度（KN/M）

1层 2层 3层 4层 5层 6层 7层

常规

方法 RJX 2.080×106 9.363×105 8.314×105 8.115×105 7.942×105 7.480×105 6.700×105

RJy 1.845×106 8.603×105 7.434×105 7.042×105 6.778×105 6.243×105 5.060×105

改进

方法 RJX 2.026×106 8.936×105 7.967×105 7.812×105 7.642×105 7.177×105 6.231×105

RJy 1.800×106 8.442×105 7.258×105 6.896×105 6.814×105 6.233×105 5.144×105

表二前9个振型的振动周期及平动系数

1振型 2振型 3振型 4振型 5振型 6振型 7振型 8振型 9振型

常规

方法 周期 0.9129 0.8782 0.8481 0.2851 0.2810 0.2742 0.1613 0.1602 0.1553

平动系数 1.00 0.21 0.79 1.00 0.64 0.37 0.94 1.00 0.06

改进

方法 周期 0.8953 0.8652 0.8470 0.2884 0.2800 0.2757 0.1625 0.1604 0.1567

平动系数 0.99 0.13 0.89 0.99 0.25 0.76 0.99 0.92 0.08

表三（工况8）Y+5%偶然偏心地震作用下的楼层最大位移（）

1层 2层 3层 4层 5层 6层 7层

常规

方法 Y向层平均位移 1.17 3.58 6.13 8.46 10.42 11.97 12.99

Y向最大层间位移 1.42 4.40 7.59 10.53 13.00 14.92 16.17

改进

方法 Y向层平均位移 1.17 3.57 6.11 8.42 10.33 11.79 12.70

Y向最大层间位移 1.47 4.48 7.69 10.62 13.05 14.88 16.01

4 结论与建议

①悬挑框架结构作为附属于主体结构的一种悬臂结构，可结合建筑条件，广泛应用于各种实际结构中，且经济安全，是一种值得推广应用的结构形式。

②由于悬挑框架结构与普通框架结构的受力特点迥异，不能简单地把悬挑框架结构当成框架结构来设计，建议采用本文的悬挑框架结构改进的设计方法。

③鉴于目前很少有教科书和结构软件涉及悬挑框架结构，该结构属于一种特殊的空间结构体系，不同于单根悬臂构件，且工程中时有悬挑框架结构的原因而发生质量事故。因此建议有关结构规程和结构计算软件，增加悬挑框架结构的有关内容，使设计人员有据可依。

参考文献

[1]《建筑结构静力计算手册》（第二版）[M] 北京 中国建筑工业出版社，1998年.

[2]《多层及高层建筑结构空间有限分析与设计软件――SATWE用户手册及技术条件》（2005版） 北京 中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部.