刍议钢筋混凝土框架结构

摘要: 本文通过对钢筋混凝土框架结构的探讨，分析了结合框架结构的受力特点及水平荷载作用下的内力位移特点和复杂结构，在实际工程的施工质量具有较好的控制效果。在提高现有的结构加固改造具有一定的指导意义。

关键词: 框架结构；钢筋混凝土；内力位移特点；震害分析

1框架结构的受力特点

在框架结构中的框架柱梁，轴承重力垂直负荷，还要承受水平荷载、地震、强风暴雨、在这些荷载一起作用的情况下，一般底部框架柱的M、N、V最大,向上渐渐减小，底部柱多数是属于小偏心受压构件，在顶部几层柱大偏心受压构件；在负载条件大约在同一时间的时候，每层框架梁的M、V比较接近，会出现小小的变化。

框架结构在水平荷载的作用下侧向位移2部分构成。一部分是框架的剪切变形，这是由一个框架，梁柱杆弯曲和水平位位置偏移。底层变形一般比较大的，向上渐渐减少。另一部分是弯曲和变形，它是由一个框架的抵抗倾覆弯矩时发生整体弯曲，如果拉伸和压缩柱子时就会出现水平位移。当框架结构高宽比例不超过4时，侧移框架弯曲变形的比例较小，一般与剪切位移曲线。框架结构抗侧向刚度很小。

2水平荷载作用下的内力位移特点

在强风暴雨或地震的情况下对框架结构水平的作用，一般可以简化为作用于水平力对框架节点上。根据精确的分析方法得知，框架结构在节点水平荷载情况下，各杆弯矩图是直线型的，并且一般都会有一个反弯点。在同层的每个节点都具有同样的侧向位移；同层内的每个柱的都有着相同的层间位移。

柱转折点位置取决于上部和下部的比率。如果柱的下端设置有相同的角度，转折点柱高度，如果柱上下端的角度完全不同，而反弯点偏转角度大的那边，即使偏向约束刚度小的另外一边。横向外面负荷形式及梁柱线刚度比直接影响柱两端旋转角度偏差的因素，结构总层数该梁柱所在的层次柱，柱上下梁线刚度比，上层的层高变化与下层的层高度变化等原因。

1）层次对反弯点高度影响是在于梁柱线刚度比和层数；

2）反弯点高度的影响是在于上下横梁线刚度比；

3）反弯点的影响是在于高层的变化；

3钢筋混凝土框架结构的震害分析

钢筋混凝土框架结构设计中存在的不均匀性，构造的存在而层间屈服强度较弱的楼层。在强烈地震情况下，结构薄弱楼层产生率先屈服、发展的弹塑性变形，并形成弹塑性变形集中的现象，造成导致结构倒塌。

3．1柱端与节点的破坏较为突出

框架构造地震灾害的损伤通常梁轻柱重，柱子顶部重于柱底，特别是角、柱、边会更容易被破坏。剪跨比小的短柱（比如楼梯柱子等）容易出现柱的中间剪切破坏，一般柱端弯曲可能出现破坏，轻则发生水平或斜向断裂；重则混凝土压酥，主筋外露，压曲和箍筋折断。当节点核心区无箍筋时，节点和柱端加重破坏。当柱侧具有高强度砌体填充墙紧密嵌砌时，柱顶的剪切破坏加重，损坏的部分也可能转移到窗（门）孔上下，甚至出现短柱的剪切破坏。

3．2砌体填充墙的破坏较为普遍

砌体填充墙刚度大和承载力低，首先承受地震作用而遭受破坏，在8度及8度以上的地震作用下，填充墙的裂缝明显着增加，甚至于部分倒塌，震害规律一般是根据上轻下重，空心砌块墙体重于实心砌体墙，混凝土砌块墙重于砖壁。

3．3防震缝的震害也很普遍

以前的抗震设计人员要求将是复杂，不规则钢筋混凝土结构住宅抗震缝划分为一些比较正常的单元。满足不了强烈地震实际侧移量的原因，是因为防震缝的宽度受到了建筑装饰要求的限制，造成强震相邻单元之间的位移，导致地震灾害的影响。

4算例

本文结合江苏某市工程的连铸电气室为例，论述了钢筋混凝土框架结构的设计重点。

某板坯连铸机工程连铸电气室,厂房长宽为32.0m×31.2m,跨度为4×7.80m。其中③~⑤轴为已建建筑,并已投入使用,本次设计范围为①~③轴,抗震设防烈度为6度,其他设计要求基本与已建电气室相同(仅变压器布置稍有不同)。改建筑地上4层,地下1层,层高为3.7(首层),5.0,3.0,5.94m,总高为17.64m。楼面均布活荷载标准值为5.0 kN/m2(各层相同)。

图1平面布置

4.1梁柱截面的确定

柱截面与原设计一致,中柱底层600mm×800mm,以上各层均为500mm×700mm;边跨中柱400mm×700mm;边柱500mm×500mm;角柱400mm×500mm。框架梁截面与已建电气室相同。

4.2箍筋的数量

在改进节点箍筋的抗剪强度起着非常重要的作用。这是由于箍筋对核心区混凝土具备有限制作用，然而，提高混凝土的强度和变形是明显的。显然，箍筋间距较小的混凝土约束效应就越大，节点受剪承载力也越高。然而，通过斜裂缝的箍筋可以直接承受节点剪力。另外，箍筋的存在可以阻挡柱纵筋压屈。在循环荷载（如地震）的影响下，箍筋还可以防止被斜裂缝混凝土劈块之间出现剪切滑动，以保持节点区混凝土的受剪承载力。

4.3轴力的影响

由于轴向力的增加，节点到达通过裂缝和极限状态时的受剪承载力均增加。但轴向压力较大时，其延性有所下降。节点受剪承载力随轴向压力增加而且提高具有一定的限度，在轴向压力超过一定限度之后，受剪承载力就会降低。所以，对轴压比应加以限制。

4.4交叉梁的影响

由于框架平面垂直交叉梁对节点核心区混凝土的约束作用，可以提高混凝土的节点抗剪承载力。其提高程度可用节点约束系数ηj表示。在三边有梁时,，提高效果不明显，四边有梁时，ηj值可达到1.683，四边有梁同时又有楼板时，效果最明显，ηj值可达到2.329。但考虑到实际工程中，由于垂直荷载和水平荷载的作用，在交叉梁或楼板顶部开裂，削弱了这种约束作用，因此建议四边有梁约束的中间节点，当框架梁截面高度不低于主梁截面高度的0.75和梁宽不大于柱宽的0.5时，取ηj=1.5，在其他情况下，ηj=1.0。

通常当满足计算要求的基础上，还要通过节点的配筋构件保证了节点的受力性能和整体框架的安全可靠。节点配筋构件主要包括梁筋在节点区的锚固与节点区域箍筋设置等方面。

首先是顶层节点。由于顶层边柱轴向力弯矩较小，弯矩较大，梁及柱的连接区受力情况接近受弯构件，因此梁中纵筋在节点内的锚固长度应根据柱截面偏心距e0(e0=Mc/Nc)和柱截面高度h的比值的大小区别对待。通常分为以下3种情况：

1）当e0/h< 0.25，横梁上部纵筋应延伸柱内并和柱内钢筋搭接，其长度不小于la（la为受拉钢筋的锚固长度）。当梁端的下侧出现斜支撑时，应加设4Φ10的附加钢筋。

2）当0.25

3）当e0/h>0.50时，横梁上层纵向钢筋应全都延伸到柱内，而且延伸过梁下部不小于la，每次切断不超过2根。柱内的一部分钢筋延伸到顶部，另一部分钢筋应延伸到梁内，其根数根据计算确定，但不得少于2根。另外，锚固钢筋弯折的时候应具有一定发弯曲半径r，一般r>5d，以免粉碎弯曲点以下的混凝土。其次是中间层节点。关于边柱节点,横梁上面钢筋伸入节点的长度las应根据充分受拉的情况考虑,即las>la,并且也应该是伸过了梁柱的中心线。当钢筋在节点区的水平长度小于la，应该扩展到圆柱的侧面向下弯曲。弯曲前水平的长度不少于0.45la，弯曲的垂直长度应不小于10d（d为钢筋直径），也不容易22d。下面钢筋节点长度las应按下列情况分别处理：在计算时不利用其强度时,las>12d(月牙纹钢筋)或15d(光圆钢筋)；在计算时充分利用其受拉强度，las>la；在计算时充分利用其受压强度时，las>0.7la。对于中柱，梁上面钢筋应直接通过节点区，下面钢筋延伸到节点的长度las,，而且还根据在计算结果被用不同的情况下来作为边柱同样处理。

在节点区里还应设置水平箍筋，其数量不得少于柱中的配箍率。柱中纵向钢筋应通过节点区域，并在节点核心区以上进行搭接或焊接。

5、结束语

以上综述是一个地震区框架节点构造。地震区框架节点结造，梁筋锚固在节点区和非地震区框架节点是完全相同的，但其延伸到长度比非地震区加大。

参考文献

[1]程光煜,叶列平.弹塑性SDOF系统的地震输入能量谱.工程力学,2008,25（2）

[2]吕大刚,于晓辉,陈志恒.钢筋混凝土框架结构侧向倒塌地震易损性分析[J].哈尔滨工业大学学报, 2011,(06) .

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。