简述框架结构设计中的几个关键问题及应对措施

摘要:钢筋混凝土框架结构是一种由梁、柱组成的超静定结构体系,在地震、风荷载等作用下需设计成延性结构,以便很好地吸收和耗散能量,保证结构具有足够的抵抗变形能力,确保结构安全。笔者对框架结构设计中几个关键问题进行了分析总结,并提出了相应的应对措施。

关键词:框架结构刚度偏心短柱柱间梁铰接沉重方案配筋

1.引言

钢筋混凝土框架结构作为一种常用的结构形式,具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点,目前已被广泛地应用于各类多层的工业与民用建筑中。

2.没计中一些关键问题的处理

2.1梁与柱的中心线宜重合

规范规定,框架、梁、柱中心线宜重合,当梁、柱中心线不重合时,在计算时应考虑偏心对梁柱节点核心区受力和构造的不利影响,以及梁上的荷载对柱子的偏心影响。若偏心距大于该方向上柱高宽度的1/4时,可以采用增设梁的水平方向加腋等措施。

有模拟水平地震作用的研究表明,当框架梁、柱中心线偏心距大于该方向柱宽的1/4时。节点核心区除了出现斜裂缝,还会出现竖向裂缝。因此当梁、柱偏心距大于该方向柱宽的1/4时应采用梁水平腋的措施,加腋的构造见《高层建筑规范》(以下简称《高规》)6.1.3条,加腋后的粱在验算梁的剪压比和受弯承载力时,一般不计加腋部分截面的有利影响。水平加腋部分斜向设置的水平钢筋的直径不宜小于φ14,间距不小于200mm,附加箍筋直径不宜小于φ8@200。

2.2避免短柱的出现

框架的柱端一般同时存在着弯矩M和剪力V,长、短柱的确定是根据柱的剪跨比λ=M/Vh0确定(ho与弯矩平行方向柱截面有效高度)λ≤1.5时为极短柱,1.52时为长柱。试验表明极短柱发生剪切斜拉破坏,属于脆性破坏.短柱多数发生剪切破坏,长柱一般发生弯曲破坏。

2.3双向梁柱抗侧力体系的布置

框架结构既要承受竖向荷载,又要承受水平荷载,因此必须设计成双向梁、柱抗侧力体系,并且应具有足够的侧向刚度,以满足规范规定的楼层层间最大位移与层高之比的限值。

A、 B点可采用铰接处理对于B、c两点由于靠的较近,如在B点加柱或形成B、c合一的扁柱将会使相邻双柱或扁柱在水平地震力作用下吸收大量的楼层剪力,造成平面内各柱子的刚度不均匀,特别是当局部凸出部位在端部或平面中不对称将产生扭转效应。

靠的较近,如在B点加柱或形成B、c合一的扁柱,将会使相邻双柱或扁柱在水平地震力作用下吸收大量的楼层剪力,造成平面内各柱子的刚度不均匀,特别是当局部凸出部位在端部或平面中不对称将产生扭转效应。

2.4不应采用部分砌体墙承重的混合形式

《高规》6.1.6中(强制性条文)规定,框架结构按抗震时,不应采用由砌体承重的混合形式。框架结构中的楼、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间和水箱间,应采用框架承重,不应采用砌体墙承重。若框架结构中采用砌体墙承重时,由于计算时不计人砌体墙的刚度,在地震作用时反应比仅按纯框架抗侧力刚度时大,砌体墙会在地震时首先遭受破坏,而框架结构又未按实际刚度确定内力和配筋,将会使结构构件被各个击破,这是十分危险的。

3.应对措施

3.1梁、柱截面的确定

首先根据经验初步确定梁、柱的截面尺寸,此时应注意尽可能使柱的线刚度与梁的线刚度的比值大于1.0,满足强柱弱梁、强节点的要求,初步确定尺寸输入电脑经结构计算后,梁、柱会出现以下3种情况。

1)梁的超配筋显示或梁的裂缝宽度>0.3或梁的挠度值大于允许值。柱的轴压比超限或柱的超配筋显示。此时可放大梁、柱截面尺寸或提高混凝土的标号等级或提高钢筋的强度等级,再进一步试算。

2)部分梁、柱的构造配筋,此时可依据梁的裂缝宽度和柱的轴压比适当减小梁、柱的截面尺寸再试算。

3)梁、柱的截面尺寸均满足要求,此时可进一步观察梁、柱的配筋率是否合适。

3.2框架梁柱的配筋

1)框架梁的配筋

对梁纵向钢筋的配筋率为0.5%～1.5%较为适宜,在配筋率一定时,用较细的钢筋可以增加混凝土的握裹面积,可减小梁的裂缝宽度,增大配筋率是减小梁裂缝的最直接方法,但是只提高混凝土的强度等级对梁裂缝的影响就较小。

在地震作用下,为满足强剪弱弯,就应做到梁端斜截面受剪承载力高于正截面受弯承载力,在具体设计时,可将梁端负弯矩筋乘以系数0.85～1.0梁中正弯距乘以1.1～1.3,梁端箍筋的直径可增加2 mm。

2)框架柱的配筋

框架柱的配筋一般都较低,电算结果往往都是构造配筋,由于抗震上强柱弱梁的要求,也就是要适当增大柱的配筋而减小梁的配筋,可见,柱子承担的责任最大。为了保证在地震时柱在最后失效。必须设计成强柱弱梁,人为把梁设计成相对薄弱的环节,使其破坏在

先以最大限度地减少可能出现的损失。若把梁、柱同等看待,让他们都强,则可能会造成同时破坏,后果会更糟糕,损失会更大。所以,在电算时一些参数的调整十分重要,对框架柱的纵向配筋结果一般可以乘以1.2～1.6,柱箍筋的直径宜增加2mm其中角柱大些,边柱次之,中柱可小一些,柱箍筋的形式宜采用井字形,以增强箍筋对混凝土的约束,箍笳的重叠不宜多于两个箍筋。

4.结束语

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。