浅谈框架结构设计特点及技术分析

[摘 要]本文对多层建筑结构体系中梁、柱的截面尺寸、配筋率和梁裂缝宽度的调整及设计中应注意的问题，进行了分析。

[关键词]框架梁 电算 配筋率

中图分类号：U73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）46-0260-01

一、前言

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，对建筑结构设计业提出了更高的要求。发展先进设计理论，加强先进技术的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠和经济是建筑结构设计的发展方向。房屋建筑逐渐由单层、多层向高层发展，房屋结构形式也由简单的砖混结构变得日趋复杂和多样。对于框架结构的内力，目前多采用计算机辅助软件来进行分析和计算，但是目前有的工程设计人员过分的依赖计算机的计算结果，而缺少独立分析问题、解决问题的能力，致使在一些图纸中出现不必要的问题，为以后事故的发生埋下了隐患。因此，本文就多层框架电算结果中梁、柱的配筋调整和设计中应注意的问题进行了分析，并提供了一些改进措施和方法。

二、截面尺寸的选择

梁、柱的截面尺寸选择是框架结构设计的前提，除应满足规范所要求的取值范围，还应注意尽可能使柱的线刚度与梁的线刚度的比值大于1，以达到在罕遇地震作用下，梁端形成塑性铰时，柱端处于非弹性工作状态而没有屈服，节点仍处于弹性工作阶段的目的，即规范所要求的“强柱弱梁强节点”。

三、框架柱配筋率的调整

框架柱的配筋率一般都很低，有时电算结果为构造配筋，但是在实际工程中均不会按此配筋，因为在地震作用下的框架柱，尤其是角柱，所受的扭矩剪力最大，同时又受双向弯矩作用，而横梁的约束又较小，工作状态又处于双向偏心受压状态，所以其震害重于内柱。对于质量分布不均匀的框架尤为明显，因此应选择最不利的方向进行框架计算。另外，也可分别从纵、横两个方向计算后比较同一侧面的配筋，取其较大值，并采用对称配筋的原则。为了满足框架柱在多种内力组合作用下其强度的要求，在配筋计算时应注意以下问题：

柱总配筋率不应大于5%；角柱、边柱及抗震墙端柱在地震作用组合下会产生小偏心受拉时，其柱内纵筋总截面面积应比计算值增大25%；框架柱的箍筋形式宜选用菱形或井字型，以增加箍筋对混凝土的约束。对于二三级框架的底层柱底和底部加强部分纵筋，宜采用焊接，且当柱纵向钢筋的总配筋率超过3%时，箍筋的直径不应小于8，并应焊接。

另外，多层框架电算时常不考虑温度应力和基础的不均匀沉降，当多层框架水平尺寸和垂直尺寸较大以及地基软弱土层较厚或地基土质不均匀时，可以适当放大框架柱的配筋，且宜在纵、横两个方向设置基础梁，其配筋不宜按构造设置，应按框架进行设计，并按规范要求设置箍筋加密区。

四、注意事项

注意核对框架柱箍筋加密区的体积配筋率是否符合《建筑抗震设计规范》第6.3.9条或《混凝土结构设计规范》第11.4.17条要求。

对剪跨比大于2的柱和因设置填充墙等形成的柱净高与柱截面高度之比小于4的柱、楼梯柱及其他短柱，箍筋应全长加密。

《高层建筑混凝土结构技术规程》第6.1.2条抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。建议柱混凝土强度等级采用C25～C35，提高柱混凝土标号可较多地降低钢筋用量。

五、框架柱裂缝宽度、斜截面配筋调整

在满足梁柱的截面尺寸和配筋率的情况下，仍需在计算配筋后进行梁的裂缝宽度的验算和满足梁斜截面“强剪弱弯”条件下的梁端配筋调整。

影响裂缝宽度的因素和调整办法。框架梁的裂缝宽度验算往往被工程设计人员忽视，对此应引起我们的注意。影响裂缝宽度的主要因素有两方面，一是构件的混凝土强度等级，二是钢筋的级别和直径。由于混凝土等级与钢筋的级别有一定的“依赖关系”，因此对于普通的混凝土构件，混凝土的高等级对减小梁的裂缝宽度影响不大，一般情况下宜采用加大梁的配筋率或增大梁的截面尺寸的方法来减小梁的裂缝宽度。另外，需注意在利用计算机辅助软件进行结构建模中的荷载输入时，一定要将恒活载数值分开输入，以便进行内力组合和裂缝宽度的计算，不要贪图省事面将恒、活载合并输入，以防止梁、柱内力计算错误，致使所绘制的施工图不能使用。

梁端斜截面的配筋调整。框架结构设计中，宜满足在地震作用下框架梁的梁端斜截面受弯承载力的规范要求，即“强剪弱弯”。在具体设计和梁配筋调整时，可采用以下方法：（1）不放大梁端负弯矩钢筋而加大梁的跨中受力钢筋（一般放大1.1～1.3倍）。（2）梁端箍筋的直径可增加2mm。（3）支座处尽量不设置弯起钢筋，宜利用箍筋承受支座剪力。

在电算中合理、准确运用弯矩的调整。按照规范规定，只有在竖向力作用下梁端弯矩可调幅、水平力作用下梁端弯矩不允许调幅。再将水平荷载产生的梁端弯矩叠加。在此可采用两种方法：一是将梁端的固定弯矩调幅后，再进行力矩分配：而是将由力矩分配法算的的梁端负弯矩直接乘以调幅系数。

六、框架结构设计中应注意的其他问题

框架结构按抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重之混合形式，楼、电梯间、局部突出屋顶的房间等，不应采用砌体墙承重，因为框架结构是一种柔性结构体系，而砖混结构是一种刚性结构。为了使结构的变形相互协调，不应采用不同结构混合受力。

加强短柱的构造措施：在工程施工过程中，顶棚可能要吊顶或其他装修，甲方为了节约开支，往往要求柱间填充墙不到顶或者是在墙上任意开窗洞，这样往往会造成短柱。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，则生产交叉裂缝及脆性错断，从而引起建筑物或构筑物的破坏甚至倒塌，所以在设计中应采取如下措施：（1）尽量减弱短柱的楼层约束，如降低相连梁的高度、梁与柱采用交接等；（2）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≤150mm；（3）采用良好的箍筋类型，如螺旋箍筋、复核螺旋箍筋、双螺旋箍筋等。

由于建筑的需要，有时需要外挑构件，关于非预应力的梁、板预起拱（当不包括考虑楼板下沉等施工因素确定的预起拱值，实施时二者应叠加。可按其下要求采用）：①梁净跨≥4m时，一般应按0.2%净跨起拱。②现浇板短向净跨≥4m时，一般按照0.2%短向净跨起拱。③悬臂板及悬挑长度≥1.5m的悬挑梁，一般应按0.4%的悬挑长度起拱，起拱高度不小于20mm。

但同时，设计人员容易忽略挠度的控制，这就需要我们在正常使用极限状态下的验算《混凝土结构设计规范》第3.4.1-3.4.5条要求。

七、结束语

结构设计员在进行多层框架房屋结构设计时，不仅要掌握设计规范，还应根据自己在工程中累积的经验，结合设计计算结果选择出合理的结构体系，正确地处理结构设计中的问题，从而提高结构的设计质量。

参考文献

[1] GB50010-2010，中华人民共和国住房和城乡建设部，混凝土结构设计规范，北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2] GB50011-2010，中华人民共和国住房和城乡建设部，建筑抗震设计规范，北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3] 张敬书，钢筋混凝土悬臂梁构造的若干问题，建筑结构，中国建筑技术研究院，2001.3.