钢筋混凝土房屋结构设计浅析

摘要：随着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，对于工程实际中甲方对于造价方面的特殊要求，结构设计人员既要满足建筑的结构安全又要考虑经济因素，使两者矛盾完美结合统一。根据设计理论和抗震规范结合实际经验提出一些针对结构设计的方法和解决措施。

关键词：混凝土结构设计概念设计抗震设防分类

Abstract: with the construction model and building the function requirement becoming more diverse, the structure design of the problems encountered in, more and more for engineering practice for party a cost, to meet the special requirements of structure design personnel should not only meet the structure of the building safe and to consider economic factors, make the contradiction perfect union unification. According to the design theory and practical experience seismic code to put forward some according to the structure design of the methods and measures.

Keywords: concrete structure design concept design seismic fortification classification

中图分类号：TB482.2文献标识码：A 文章编号：

1、房屋的场地选址

建筑场地在我国分为建筑抗震有利、一般、不利和危险地段。首先，我们要尽量说服甲方一定使房屋建在抗震有利地段或一般地段，避开不利地段，这对于房屋的安全性会大大提高。当需要在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石和强风化岩石的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上建筑时，除保证其在地震作用下的稳定性外，尚应估计不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用，其水平地震影响系数最大值应乘以增大系数。其值应根据不利地段的具体情况确定，在1.1～1.6范围内采用，在房屋的造价方面每平米就会增加很多。场址选择正确，不论对于甲方还有结构设计人员都会起到事半功倍的效果。

2、钢筋混凝土房屋的抗震设防分类

我国是一个地处多地震带国家，地震分布较为广泛。结构设计人员拿到实际工程，首当其冲是要根据《建筑抗震设防分标准》确定其抗震设防分类。建筑工程分为甲、乙、丙、丁四个抗震设防类别,大部分为标准设防类即丙类建筑,如民用住宅、办公楼及一般工业建筑等等。而电讯、交通、能源、消防和医疗等类建筑以及大型体育场馆、大型零售商场等公共建筑, 在地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，都需要提高建筑抗震设防标准，即为重点设防类也叫乙类建筑。涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑，为特殊设防类也叫甲类建筑。乙、丙类建筑,地震作用均按本地区抗震设防烈度计算。对于乙类建筑,一般情况下,当抗震设防烈度为6～8度时,抗震措施应符合本地区抗震设防列度提高一度的要求。对于甲类建筑，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。

3、钢筋混凝土房屋的概念设计

对于结构抗震设计来说，结构“概念设计”比结构的计算设计更为重要。在建筑结构设计中，概念设计与结构措施至关重要。一定程度上它反映了一个结构工程师的设计水平。对于一个实际工程，首先应从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法，可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择。所得方案往往概念清晰、定性正确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，同时，也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。结构总体设计应注意以下下几点：

（1）延性耗能 在建筑结构的整体设计上要注意加强薄弱环节，尽量做到等强度。同时，应使建筑结构在一个恰当的部位能消耗大量的能量，在具体设计中即为各式各样的梁，如框架梁、联肢墙的连肢梁等。在设计上为提高钢筋混凝土梁的延性，一般采取以下措施:(1)首先应选取合适的梁截面尺寸，以获得合适的配筋率，避免梁受拉筋过多或出现超筋。因此，对地震区梁的配筋率要大大低于一般梁的最高配筋率。(2)梁上部(跨中)和下部(端部)配置适量的受压筋。(3)提高梁混凝土强度等级，采用中低级钢筋对延性有利。(4)T形梁比矩形梁延性好。(5)注意加密箍筋。（2）多道防线设计 多道防线作为抗震概念设计的重要部分应该贯穿建筑设计计算的始终,在设计中应该尽可能增设多道抗震防线,利用赘余杆件的屈服和弹塑性变形来消耗尽可能多的地震输入能量;利用赘余杆件的破坏和退出工作,使结构从一种稳定体系过度到仍然稳定的另一种体系,实现周期的加大,从而减少地震力。有效地防止连续倒塌现象，有效提高我们建筑的安全度。

（3）妥善处理非结构部件 在地震作用下，的这些部件或多或少地参与工作，从而改变了整个结构或局部构件的刚度，承载力和传力路线，造成未曾估计到的局部震害。在钢筋混凝土框架体系的高层建筑中，这些影响最为普遍。填充墙的抗震作用：使结构刚度增大，自振周期缩短，水平地震力增大30%~50%。在地震中，角柱上端被嵌砌于框架间的砖墙顶断，这是典型的柱端震害。在框架体系设计中必须考虑，并采取恰当的预防措施。由于窗裙墙对框架柱的刚性约束，减短了柱的有效长度，使它变成了短柱，承担的地震力大增，发生剪切破坏。

4、结构计算方面

（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，其中比较典型的是一层层高的取值问题，一般情况下，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。但是，当基础埋深过大时，为了减少底层的计算高度和底层的位移，设计者往往在±0.000以下的某个适当位置设置基础拉梁。此时，基础拉梁应作为一层输入，底层计算高度应取基础顶面至基础拉梁顶面的高度，二层计算高度应取基础拉梁顶面至一层楼板顶面的高度。

（2）结构计算参数的选取①结构周期折减系数 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0.7～1.0。对于剪力墙结构影响稍小些取大值，对于框架结构填充墙影响稍大些取小值，框架剪力墙结构取二者之间。注意填充墙是指砖填充墙。就目前设计看,填充墙基本采用加气混凝土轻质砌块,所以周期折减系数可取大值进行设计。

②地震力的振型组合数

地震力的振型组合数,对高层建筑,当不考扭转耦联计算时,至少应取3;当振型数多于3时,宜取3的倍数,但不应多于层数;当房屋层数≤2时,振型数可取层数。对于不规则的结构,当考虑扭转耦联时,对高层建筑,振型数应取≥9;结构层数较多或结构刚度突变较大,振型数应多取,如结构有转换层、顶部有小塔楼、多塔结构等,振型数应取≥12或更多,但不能多于房屋层数的3倍;只有当定义弹性楼板,且采用总刚分析,必要时,振型数才可以取的更多。《抗震规范》指出,合适的振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90%所需的振型数。③活荷载的最不利布置活荷载较大时，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，作者建议所有工程都应进行活荷载的最不利布置计算。

④梁刚度放大系数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，按《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，楼面梁刚度刚度增大系数可根据翼缘情况取为1.3~2.0.目前SATWE程序可以自动判断梁和楼板的关系，对不同位置的梁依据刚度换算指定不同的刚度放大系数。

⑤结构整体性能控制

结构设计过程中控制的目标参数主要有如下八个。轴压比：主要为控制结构的延性，规范对墙肢和柱均有相应限值要求；剪重比：主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性；刚度比：主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层；位移比：主要为控制结构平面规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应；周期比：主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响；刚重比：主要为控制结构的稳定性，避免结构在风载或地震力的作用下整体失稳；层间受剪承载力比：控制竖向不规则性，以免竖向楼层受剪承载力突变，形成薄弱层。另外最新抗震规范要求层质量比的要求。

5、施工图方面的问题

施工图设计阶段主要是一些构造问题，

5.1框架节点核芯区箍筋配置应满足要求对于规范中规定的框架柱箍筋加密区的箍筋最小体积配箍率的要求,《建筑抗震设计规范》中规定的“一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10、0.08且体积配箍率分别不宜小于0.6%、0.5%和0.4%。”尤其是柱轴压比不大时,常常不满足要求。这一规定是保证节点核芯区延性的重要构造措施,应严格遵守。

5.2框架梁的纵向配筋率应注意《建筑抗震设计规范》中规定:“当框架梁梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时,梁箍筋最小直径的数值应比规定的数值增2mm.”

5.3剪力墙的体积配箍率不满足要求，《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，剪力墙的体积配箍率计算时，可计入箍筋、拉筋以及符合构造要求的水平分布钢筋，但须注意，计入的水平分布钢筋的体积配箍率不应大于总体积配箍率的30%。

6、总结

以上几点是我在工程设计中对结构设计的认识体会。钢筋混凝土结构设计虽然问题繁琐，只要熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，定能设计出既安全又经济适用的优秀作品

[参考文献]

[1]GB 50011―2010,建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[2]GB 50223―2008,建筑工程抗震设防分类标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[3]《PKPM多高层结构计算软件应用指南》中国建筑工业出版社 2011。

[4]PKPM系列S-3说明书

[5]《现代结构设计的概念与方法》 中国建筑工业出版社 2011。