浅析框架结构设计

摘要:本文针对钢筋混凝土框架结构的设计，探讨了结构计算及设计、构造措施方面一些需要注意的问题，供同行参考。

关键词:框架结构；计算简图；框架柱；抗震等级

中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：

钢筋混凝土框架结构以抗震性能好著称，其主要由梁和柱组成，这种结构具有较强的灵活性，有利于平面布置，是目前主流的建筑结构之一，得到了广泛的应用。但是这种建筑结构在设计时如果不加以注意，其后果和影响也比较严重。随着建筑造型和建筑功能要求日趋多样化,无论是工业建筑还是民用建筑,建筑框架结构设计作为现行比较常用的实际模式,已经广泛应用在各类建筑中。钢筋混凝土框架结构是由楼板、梁、柱及基础4种承重构件组成的，由主梁、柱与基础构成平面框架，各平面框架再由连续梁连接起来而形成的空间结构体系。在合理的高度和层数的情况下，框架结构能够提供较大的建筑空间，其平面布置灵活，可适合多种工艺与使用功能的要求。但是，在框架结构的设计中，仍然存在着一些概念性和实际性的问题需要设计人员予以重视，以确保设计质量的提高。本文从几个方面提出了这些问题，并给出了解决措施。

1 框架计算简图的确定

没有地下室的多层框架房屋，一般来说基础埋的较深，对于不同的深浅度，要有不同的设计。在基础埋的比较深的时候，为了增加房屋底部的整体性，减小位移有时在±0.000附近设置基础连系梁。将基础连系梁以下的部分看作底层，层高H取基础顶面至连系梁顶面的高度，而把实际建筑的底层作为第二层考虑，层高H取连系梁顶层至一层楼面高度。基础埋深较浅时现浇的框架结构梁柱刚接，计算简图的确定主要是确定底层柱的计算长度。根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010(以下简称《结构规范》)第6.2.20条规定：一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构，底层柱的计算长度取基础顶面到一层楼盖顶面的高度H，装配式框架取1.25H。对于带地下室的多层框架结构，合理确定上部结构的嵌固位置是一个关键问题。《结构规范》和《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(以下简称《抗震规范》)，都没有明确地提出具置，需要具体问题具体分析。对于能够满足《抗震规范》第6.1.14条规定的地下室结构或采用箱型基础时，可将地下室顶作为框架上部结构的嵌固位置，在利用PKPM软件进行设计时，楼层总数仅输入地下室以上的实际层数，底层的层高H取实际层高。这样计算出的地震作用与实际情况较为接近。对于不能满足《抗震规范》第6.1.14条规定的地下室结构或者采用筏板式基础时，嵌固位置最好取在基础顶面。此时，利用电算进行楼层组合时，总层数应为实际的楼层数加上地下室的层数。

2 振型组合数的合理选取

应按以下规则选取：对于较高层建筑，当不考虑扭转耦联时，振型数应不小于3；当振型数多于3时，宜取为3的倍数(由于程序按3个振型一页输出)，但不能多于层数。当房屋层数不大于2时，振型数可取层数。对于不规则建筑，当考虑扭转耦联时，振型数应不小于9，但不能超过结构层的3倍，只有定义弹性楼板且按总刚分析法分析时，才可以取更多的振型。建筑抗震设计规范在条文说明中明确指出：振型数可以取振型参与质量达到总质量90％所需的振型数。目前许多程序已有这种功能，这是一个重要指标。如：对于某一建筑，选取的振型数为15，但振型参与质量系数只有50％ ，说明振型数取得不够，可能由于此建筑过于复杂或由于某些杆件不连续导致局部震动引起的，应仔细复核。

3 结构计算方面

3.1 计算简图的处理

结构计算中，计算简图选取的正确与否，直接影响到计算结果的准确性，其中比较典型的是基础梁的处理。一般情况下，基础梁设置在基础高度范围内，作为基础的一部分，此时结构的底层计算高度应取基础顶面至一层楼板顶面的高度。基础梁仅考虑承担上部墙体荷载，构造满足普通梁的要求即可。当按规范要求需设置基础拉梁时，其断面和配筋可按构造设计，截面高度取柱中心距的1／12～1／18，纵向受力钢筋取所连接的柱子的最大轴力设计值的10％作为拉力来计算。

3.2 结构计算参数的选取

3.2.1 设计基本地震加速度值

健筑抗震设计规范》(GB5001I一2001)中规定：抗震设防烈度为7度时，设计基本地震加速度值分别为0．1g和0．15g两种，抗震设防烈度为8度时，设计基本地震加速度值分别为0．2g和0．3g两种，这与89规范差别较大。计算中应严格注意地震区的划分，选取正确的设计基本地震加速度值，这一项对地震作用效应的影响极大。

3.2.2 结构周期折减系数

框架结构由于填充墙的存在，使结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期，因此，算出的地震作用效应偏小，使结构偏于不安全，因而对结构的计算周期进行折减是必要的。折减系数可根据填充墙的材料及数量选取0.7～0.9。

3.2.3 梁刚度放大系数

SATWE或TAT等计算软件的梁输入模型均为矩形截面，未考虑因存在楼板形成T型截面而引起的刚度增大，造成结构的实际刚度大于计算刚度，算出的地震剪力偏小，使结构偏于不安全。因此计算时应将梁刚度进行放大，放大系数中梁取2.0、边梁取1.5为宜。

3.2.4 活荷载的最不利布置

多层框架，尤其是活荷载较大时，是否进行活荷的最不利布置对计算结果影响较大。即使选用程序中给定的梁设计弯矩放大系数，也不一定能反映出工程的实际受力情况，有可能造成结构不安全或过于保守。考虑目前的计算机计算速度都比较快，笔者建议所有工程都应进行活荷载的最不利布置计算。

4 加强短柱设计意识

抗震设计中要求构件具有一定的延性，破坏时尽可能成延性，但对于短柱，其破坏形式一般为剪切破坏或纵筋的粘结滑移破坏，均属脆性破坏，所以设计时应尽量避免短柱的出现。然而实际工程中，由于楼板错层、楼梯间平台梁、层高较低等客观条件的制约仍然会出现一些短柱，这就需要设计者予以充分的重视并采取相关措施。

首先短柱在图纸中应以醒目的表示提醒施工人员。另外， 以往一直采用的箍筋沿短柱全长加密以防止剪切破坏的措施经震害证明仍有不妥之处，而采用复合矩形螺旋箍筋和高强复式螺旋箍筋不仅可有效地提高柱子的抗剪承载力，而且可以加强对混凝土的约束，提高其抗压承载力，改善短柱的抗震性能。

5 框架配筋问题

5.1 框架边柱柱顶配筋问题

对于框架结构的高层建筑，水平荷载对结构的倾覆力矩以及由此在竖向构件中所引起的轴力与建筑高度的平方成正比；顶点位移与建筑高度的4次方成正比。水平荷载是结构设计中的控制因素。框架顶层的风荷载较大，而屋面结构荷重传给边柱的轴向总力比楼层边柱总力要小，显然柱顶有大偏心问题，顶层边柱节点出现轴向力对截面重心的偏心距>0．5倍的柱截面高度(e。>0.5 h)。根据框架结构的构造要求，横梁上部钢筋应全部伸入柱内，且伸过横梁下边 ；柱内一部分钢筋伸到顶端，另一部分钢筋伸到横梁内，其根数依据计算确定且不少于2根。设计人员在图中经常容易将边柱柱角的钢筋弯入梁内，对这类问题，缺乏实践经验的工程技术人员不易立即发现，而要等施工时才会察觉。问题的症结在于柱宽大于梁宽，柱角的纵筋要完全伸入梁内是办不到的，对这种差错应引起设计人员的重视。

5.2 框架外挑梁配筋问题

由于占地面积的限制、使用功能的要求或结构上的原因，工程上常在框架的梁端设计挑梁。由于框架梁的荷载与外挑梁的实际荷载值不同，因而框架梁与外挑梁的断面尺寸会有所不同，而有的设计人员在绘图时只是将框架梁上的某些主筋向外挑梁延伸了事，殊不知有些主筋根本无法伸进挑梁，这些差错一般在施工时才会暴露出来，但为时已晚、许多钢筋已截断成型，这不仅影响了施工进度，也造成了不必要的损失。

6 结束语

钢筋混凝土框架结构是目前应用最广泛的结构形式之一，但目前的设计中还是经常存在一些问题，需要加以注意。钢筋混凝土框架结构虽然相对简单，但设计中仍有很多需要注意的问题，只有熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，才能设计出既安全又经济适用的优秀作品。

参考文献:

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[3] 李雪峰．浅谈钢筋混凝土框架结构设计[J]．价值工程．2009．(06)．