试论住宅楼框架结构设计

摘 要:结合工程案例,从结构选型、楼盖设计、柱的设计等综合问题对住宅楼框架结构设计进行论述。

关键词:住宅楼;楼盖设计;柱的设计

中图分类号:F287.8 文献标识码:B 文章编号:1009-9166(2009)020(c)-0121-01

一、工程概况

某工程,是一幢沿街的带底层商业网点的单元式住宅楼,建筑面积8994M2,建筑层数为9层,首层商业层高4.5m,住宅层高3m,总高度为28.5m,建筑总长度为93m,建筑占地3260m2。工程自然条件:基本风压0.85KN/M2,地基承载力特征值300Kpa,抗震七度设防。

二、结构选型

建筑物的结构设计,不仅要求具有足够的承载力,而且必须使结构具有足够抵抗侧力的刚度,使结构在水平力作用下所产生的侧向位移限制在规定的范围内。基于上述基本原理,工程综合分析了结构的适用,安全,抗震,经济,施工方便等因素,选取了结构方案.结构为钢筋混凝土框架体系,由钢筋混凝土框架承担竖向力和侧力。钢筋混凝土框架刚度布置相对比较均匀,在满足建筑功能情况下,尽量减少平面扭转对结构的影响。由于工程体型相对简单,满载较均匀,且桩端下不在软弱下卧层,桩型为端承摩擦桩,所以工程只在±0.000以上设两处100mm宽的抗震缝,同时兼作伸缩缝。

三、楼盖设计

工程选用的是主次梁楼盖,主次梁楼盖虽然存在着结构高度较大和模板安装制作比较复杂的问题,但却具有下列优势:①楼盖混凝土折算厚度最小,自重最轻;②开间大,房间布局灵活;③承载力大;④对结构整体刚度的贡献比平板和双向密肋楼盖要大得多。

板的设计:1、板厚取值。现浇楼盖中,板的混凝土用量约占整个楼盖的50%-60%,板厚的取值对楼盖的经济性和自重的影响较大,在满足板的刚度和构造要求的前提下,应尽量采用较薄的板,双向板的最小板厚度为80mm,板的厚度与跨度的最小比值:四边简支板为1/40,连续板为1/50。工程最大板跨为5m,其余板跨均小于4m,考虑到工程为住宅楼,板内有暗埋设备管,因此小于4m的板跨板厚也取100mm,5m板跨板厚取140mm。2、支座负筋直径的取值。对于工程的设计,一般板厚都≥100mm。根据简支板现行混凝土结构设计规范给出的最小构造支座负筋为φ8@200,这与旧规范所给的φ6@200合适,因为φ6@200的筋太软,钢筋架易被踩蹋,致使负筋的有效高度很低而发挥不了构造负筋的作用,现行所规定使用的φ8钢筋虽比φ6钢筋要好些,但如不采取其它措施,也同样易产生构造负筋变位。

四、柱的设计

工程框架柱设计的一个突出问题就是钢筋混凝土柱的轴压比问题,在设计中经常出现,框架柱的断面由轴压比限值确定,这往往使柱子断面很大,一方面,这样大的柱子,很容易使柱的剪跨比大于2而形成短柱;另一方面,由于柱断面很大,占去了许多建筑空间,工程师们不易接受;同时,由于自重增大,引起地震反应增大,造成恶性循环。

(一)工程轴压比限值的实质。规范通过限制轴压比,主要是希望柱发生延性好的大偏心受压破坏,从而保证框架柱有足够的变形能力在高轴压比情况下V-滞回环骨架曲线的下降段比较陡,滞回环的丰满程度差,在循环次数不多的情况下,框架柱丧失的承载力较大,耗能的能力较差,在低轴压比情况下V-滞回环骨架曲线下降段比较平缓,框架柱承受变形能力较大,而承载力降低不明显,对轴压比加以限制,即要求在满足一定层间变形时,在反复荷载作用下滞回曲线在第三个循环抗力下降量不超过前一个循环抗力下降量,保证在大变形下,仍有稳定的承载能力,从而保证框架柱“大震不倒”。

(二)影响工程的因素:(1)选用矩形截面柱的原因。框架柱的断面形状将直接影响着柱截面界限破坏时钢筋和混凝土内应变,应力的分布和混凝土受压边缘的极限应变,从而影响到不同的截面形式的框架柱,反映出的强度变形特性是不一样的,在相同条件下,圆形柱的轴压比限值可提高10%左右。但本工程为住宅建筑,考虑房间布局的因素,只选用矩形截面的柱而不考虑选择圆柱。(2)剪跨比的确定。建立在截面界限破坏基础上的轴压比公式中,未考虑剪应力的影响,没有体现出剪跨比的影响,事实上,剪跨比能够大体反映截面上弯曲正应力与剪切应力的比例关系,因而是框架柱破坏形式的主导因素。通常认为框架柱的剪跨比越大,延性越好。在一般配筋条件下,当入>2时,框架柱在横向水平剪力作用下,一般都会发生延性好的弯曲破坏;当入≤2时,框架柱就变成了短柱,在横向水平剪力作用下,一般发生延性差的剪切破坏.这种情况在工程中出现在与楼梯休息平台相连的框架柱和墙有大开窗处的框架柱。对与短柱工程采取全长加密,取ф8@100。(3)箍筋约束的影响。在利用界限破坏条件推导框架柱的轴压比限值时,并没有考虑箍筋约束的有利影响,箍筋能改善混凝土的受力性能,特别是能提高混凝土受压边缘的最大压应变。(4)混凝土的强度等级的影响。工程不考虑采用高强混凝土,因为高强混凝土虽可以减小轴压比,但是混凝土的强度等级不一样,一般情况下,随着混凝土强度等级的提高,变形能力变差。

总之,柱子设计关键是控制轴压比,根据规范轴压比限值取0.9。另外一个关键问题就是短柱现象,千万不要忽略了。

结语:钢筋混凝土结构是一种常用的结构形式,目前城市建设正在建设和拟建的多高层建筑大都是钢筋混凝土结构,地震是一种自然现象;在实际工程的抗震设计中,概念设计更具重要意义,设计人员需针对一些薄弱环节如应力集中部位,连接节点,主要抗侧力构件等进行加强处理。做到:1、结构功能与外部条件一致;2、充分发展先进的设计理念;3、发挥结构功能并与经济协调;4、更好的解决构造处理;5、利用定量的计算进行抗震分析;6、利用概念来判断设计的合理性。

作者单位:陆河县建筑设计室