解析钢筋混凝土框架结构设计

【摘要】1构造方面应注意的问题 1)框架结构主要是以压弯构件(竖向框架柱)和弯剪构件(水平框架梁)组成的。大跨度柱网的框架结构，楼梯间处的框架柱由于楼梯平台梁与其相连，使楼梯间处的柱可...

摘要：随着我国城市化进程的加快和建筑行业的迅猛发展，钢筋混凝土框架结构设计在房屋建筑结构设计中应用越来越普遍。然而，在框架结构设计中，目前仍然存在着一些问题和困难。对钢筋混凝土框架结构设计进行了探讨，结合相关设计规范，分别阐述了构造、结构计算、参数选用三方面应注意的问题，并提出了相应的处理办法，以期设计出符合设计初衷的钢筋混凝土结构。

关键词：钢筋混凝土框架结构，构造，结构计算，参数

中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：

引言

混凝土框架结构作为一种较为普遍的建筑结构形式，因其适用范围较广，造价相对低廉以及材料来源广泛等优点，在我国的各项工程建设中被广泛采用。混凝土框架结构的设计原则就是要保证结构及构件的安全性、适用性和耐久性。在此基础上，通过合理的建筑布置来满足人们的各种需求。框架结构房屋普遍采用，建筑造型和建筑功能要求日趋多样化，在结构设计中遇到的各种难题也日益增多，结合规范，对钢筋混凝土框架结构设计中，常出现的一些问题以及参数的选用进行了分析探讨，提出了一些处理办法。

1构造方面应注意的问题

1)框架结构主要是以压弯构件(竖向框架柱)和弯剪构件(水平框架梁)组成的。大跨度柱网的框架结构，楼梯间处的框架柱由于楼梯平台梁与其相连，使楼梯间处的柱可能成为短柱；当框架结构外立面为带形窗时，因设置连续的窗过梁，使外框架柱也可能成为短柱。由于短柱刚度大，吸收地震作用使其受剪，当混凝土抗剪强度不足时，则产生交叉裂缝及脆性错断，从而引起构筑物的破坏。所以增加箍筋的配置，在短柱范围内箍筋的间距不应大于100mm，柱的纵向钢筋间距不大于150mm；采用良好的箍筋类型，如螺旋箍筋、复合螺旋箍筋、双螺旋箍筋等。对于剪跨比不大于2的柱和因设置填充墙等形成柱净高与截面高度之比不大于4的柱，也应全长加密箍筋。2)当结构嵌固部位不在地下室顶板而位于地下一层底板时，柱±0.000处上下两端也应按柱根要求进行箍筋加密，加密区为本层柱净高1/3。3)地上为圆柱时，地下部分应改为方柱，施工方便。圆柱纵筋根数最少为8根，箍筋用螺旋箍，并注明端部设一圈半的水平段。方柱箍筋用井字箍并按规范加密。角柱、楼梯间柱应增大纵筋并全柱高加密箍筋。幼儿园宜用圆柱，柱内不得穿暖气管。4)在框架柱截面中部设置芯柱，不仅提高了柱的受压承载力，也可以提高柱的变形能力，有利于在大变形情况下防止倒塌，但其纵向钢筋不能布置在柱截面周边，因为如布置在周边，则变为柱的主要受力钢筋了，柱就有可能由大偏心受压破坏转变为小偏心受压的脆性破坏，要引起注意。

5)在多遇地震影响下，结构处于弹性工作状态，梁的支座负弯矩钢筋完全可以根据其负弯矩包络图确定其延伸长度。但根据中震可修，大震不倒的抗震设计基本原则，在强烈地震作用下，结构有可能进入弹塑性阶段工作，此时梁支座负弯矩钢筋应力可能达到屈服，并且充分发挥延性性能，其弯矩值要比按多遇地震计算所得的支座负弯矩值大许多，于是弯矩零点必定向跨中方向转移，甚至跨中顶面附近也可能出现负弯矩，因此按多遇地震计算确定的支座负钢筋延伸长度就显得不足，于是GB50011-2010建筑抗震设计规范第6.3.4条规定，对抗震等级为一，二级的框架梁，沿梁全长顶面配筋应不少于2Φ14，且不应少于梁两端顶面纵向配筋中较大面积的1/4。这点不能忽视。6)抗震设计时，限制框架柱的轴压比主要为了保证柱的延性要求。抗震设计时，柱轴压比不宜超出《建筑抗震设计规范》表6.3.6的规定。对于Ⅳ类场地上较高的高层建筑，其轴压比应适当减小。这里所说的“较高的高层建筑”指高于40m的框架结构或高于60m的其他结构体系的混凝土房屋。7)GB50010-2010混凝土结构设计规范第11.3.7条规定：框架梁端纵向受拉筋配筋率不宜大于2.5%。有的设计者对抗震等级为一、二级的钢筋混凝土框架中的钢筋未提出材料强度比限值要求。还有的设计者对梁高不大于300mm的梁箍筋间距采用200mm而未验算V≤0.7bh0ft。8)基础底板混凝土不宜大于C30，否则容易出现裂缝。柱应尽量采用高强度混凝土来满足轴压比的限制，减小断面尺寸。

2结构计算方面的问题

2.1框架梁端截面组合剪力设计值的结构计算

有的设计者未乘梁剪力增大系数(ηvb=1.2)，有的误将根据梁两端同一方向弯矩值求出的剪力和重力荷载代表值产生的剪力相加后乘以剪力增大系数。

例：框架梁截面尺寸b×h=250mm×550mm，h0=515mm，框架抗震等级为二级。

若此梁左右两端截面考虑地震作用组合的最不利弯矩设计值为：

左端上：MtL=420kN·m(逆时针)；左端下：MbL=210kN·m(顺时针)。

右端上：MtR=360kN·m(顺时针)；右端下：MbR=175kN·m(逆时针)。

梁上作用均布荷载q=46.0kN/m，梁净跨Ln=7.0m，此框架梁端截面组合剪力设计值正确计算：

根据《抗震规范》第6.2.4条公式(6.2.4-1)计算：

V=ηvb(MbL+MbR)/Ln+VGb。

其中，V为梁端截面组合的剪力设计值；Ln为梁的净跨；VGb为梁在重力荷载代表值作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值；MbL，MbR分别为梁左右端逆时针或顺时针方向组合的弯矩设计值。

顺时针方向：MbL+MtR=210+360=570kN·m；

逆时针方向；MtL+MbR=420+175=595KN·m。

以逆时针方向的MtL+MbR绝对值较大，计算重力荷载代表值产生的剪力设计值VGb。

VGb=qLn/2=46×7×0.5=161kN，二级抗震，由GB50011-2010建筑抗震设计规范第6.2.4条，ηvb=1.2，框架梁端截面组合剪力设计值Vb=ηvb(MtL+MbR)/Ln+VGb=1.2×595/7.0+161=263kN。

2.2参数如何选用的问题

1)现浇板配筋计算时，可考虑塑性内力重分布，将板上筋乘以0.8～0.9的折减系数，将板下筋乘以1.1～1.2的放大系数。2)活荷载标准值的折减系数。举例：六层教学楼，确定某柱第四层顶由活荷载标准值产生的内力标准值。已知此柱第四层顶的从属面积为26m2。正确方法：此柱虽然每一楼层的从属面积不足50m2，但第四层柱顶计算截面以上两层的从属面积为26×2=52m2已超过50m2，应乘以折减系数0.9。(依据GB50009-2012建筑结构荷载规范的5.1.2条规定)教室的活荷载标准值2.5kN/m2，则此柱的内力标准值N=0.9×26×2×2.5=117kN。

此外，PMCAD设置了按从属面积对楼面梁的活荷载折减系数，与SATWE软件设置的按楼层进行活荷载折减是不同的，通常选择在一处对活荷载进行折减，如果两处都选择折减，则活荷载被折减了两次，可能导致结构不安全。3)计算单向地震作用时，未考虑偶然偏心的影响。对质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构，仍按单向水平地震作用进行计算。对Y形、弧形、井字形平面建筑，风荷载体型系数仍取1.3是错的。4)楼层组装时，为保证首层竖向构件计算长度正确，该楼层底标高应从基础顶面起算，不是按首层层高输入。5)楼梯间没有楼板，也应布置板厚为0的楼板，并布置楼梯活荷载。6)混凝土容重初始值为25.0kN/m3。考虑构件抹灰及装饰层重量时，应按实际情况修改此参数，通常输入26kN/m3。7)TAT和SATWE计算柱配筋：选择“按单偏压计算”，在计算X方向配筋时不考虑Y向钢筋的作用，计算结果具有唯一性。选择“按双偏压计算”，在计算X方向配筋时要考虑与Y向钢筋叠加，框架柱作为竖向构件配筋计算时会多达几十种组合，而每一种组合都会产生不同的X向和Y向配筋，计算结果不具有唯一性，双偏压计算是多解的，有可能配筋较大。建议采用单偏压计算，双偏压验算。用SATWE软件第4项(分析结果图形和文本显示)里钢筋验算。8)梁活荷载内力放大系数：只对梁在满布活荷载下的内力进行放大，一般取值1.1～1.2，如已输入梁活荷载不利布置楼层数，则选择《高层规程》5.1.8规定：“高层建筑结构内力计算时，当楼面活荷载大于4kN/m2，应考虑楼面活荷载不利布置引起的梁弯矩的增大。”在梁活荷载不利布置最高层号输入N，表示从1～N各层考虑梁活荷载的不利布置。输入0表示全楼各层都不考虑梁活荷载的不利布置。9)对于高层建筑结构，通常选择考虑偶然偏心。但是符合《建筑抗震设计规范》第3.4章的平面不规则的多层建筑，也应考虑偶然偏心的影响。

3结语

一个合格的结构设计人员需要遵循各种规范，大胆、灵活的解决结构方案上的难题，不断总结，只有熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，正确的处理结构设计中的问题，才能设计出既安全又经济适用的优秀设计。