钢筋混凝土框架结构的设计探究

来源:用户上传      作者:

　　摘要：由于框架结构能形成较大的空间，便于使用，且多层钢筋混凝土框架结构具有较好的整体性和较大的延伸性，抗震性能较好，因此在我国现有的多层建筑中，钢筋混凝土结构应用最普遍，而其中钢筋混凝土框架结构又是最常用的结构形式。本文从设计角度出发，提出了结构设计应注意的问题，并针对框架结构设计提出合理性建议。
　　关键词：钢筋混凝土框架结构策略
　　钢筋混凝土框架结构在多层建筑和工业建筑中应用非常广泛。框架结构的体系是由楼板、梁、柱及基础4种承重构件组成。由主梁、柱与基础构成平面框架，它是主要承重结构。各平面框架再由连系梁连系起来，即形成一个空间结构体系，墙体不起承重作用。框架结构能形成较大的室内空间，房间分隔灵活，便于使用；工艺布置灵活性大，便于设备布置；该结构抗震性能优越，具有较好的结构延性等优点。
　　一、结构设计应注意问题
　　（一）结构的规则性问题
　　新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。
　　（二）结构的超高问题
　　在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑，因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。
　　（三）嵌固端的设置问题
　　结构设计工程师往往忽视了嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
　　二、钢筋混凝土框架结构方案构思时应考虑以下几点
　　（一）抗震等级的选取
　　对于乙类建筑，建筑抗震设计规范中规定:地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求，但是抗震措施(主要体现为抗震等级)在一般情况下，当抗震设防烈度为6度～8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求。实际设计中经常发生抗震等级选错的情况，如:位于8度区的某乙类建筑，应按9度由建筑抗震设计规范表6.1.2确定，为一级抗震等级。
　　（二）振型组合数的合理选取
　　应按以下规则选取:对于较高层建筑，当不考虑扭转耦联时，振型数应不小于3；当振型数多于3时，宜取为3的倍数(由于程序按3个振型一页输出)，但不能多于层数。当房屋层数不大于2时，振型数可取层数。对于不规则建筑，当考虑扭转耦联时，振型数应不小于9，但不能超过结构层的3倍，只有定义弹性楼板且按总刚分析法分析时，才可以取更多的振型。建筑抗震设计规范在条文说明中明确指出：振型数可以取振型参与质量达到总质量90%所需的振型数。
　　（三）关于“强剪弱弯”措施
　　强剪弱弯是保证构件延性，防止脆性破坏的重要原则，它要求人为加大各承重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力，使这些部位在结构经历罕遇地震的过程中以足够的保证率不出现脆性剪切失效。对于框架结构中的框架梁应注意抗剪验算和构造，使其满足相关规范要求。
　　（四）注意构造措施
　　对于大跨度柱网的框架结构，在楼梯间处的框架柱由于楼梯平台梁与其相连，使得楼梯处的柱可能成为短柱，应对柱箍筋全长加密。这一点，在设计中容易被忽视，应引起重视。对框架结构外立面为带形窗时，因设置连续的窗过梁，使外框架柱可能成为短柱，应注意加强构造措施。对于框架结构长度略超过规范限值，建筑功能需要不允许留缝时，为减少有害裂缝（规范规定裂缝宽度小于0.3mm），建议采用补偿混凝土浇筑。采用细而密的双向配筋，构造间距宜小于150mm，对屋面宜设置后浇带，后浇带处按构造措施宜适当加强。
　　（五）优化设计的方法
　　当前，在无成熟的优化设计分析软件的情况下，采用人工分析进行调整，运用概念设计的方法对不同的结构选型和布置不断的进行方案分析比较，以获得比较理想的结构方案，这是在结构设计中最常用的也是最简单的优化方法。对于同一高层住宅方案，可以有许多不同的结构(包括基础)布置方案；确定了结构布置的高层住宅，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法；分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是唯一的；高层住宅物细部的处理更是不尽相同等等，这些问题目前计算机是无法完全解决的，都需要设计人员自己做出判断。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中
　　三、钢筋混凝土框架结构设计策略
　　（一）多层钢筋混凝土结构抗震设计及加固方法设计
　　框架结构抗震设计：塑性效应发生在梁端，底层柱的塑性效应较晚形成；梁柱在弯曲破坏前，避免发生其他形式的破坏，如剪切破坏，粘性破坏；在梁柱破坏之前，节点应有足够的强度及变形能力；重视非结构构建设计。具体的加固方法设计包括：
　　1.增设钢筋混凝土抗震墙或翼墙
　　增设的抗震墙或翼墙布置应尽可能满足均匀、对称、分散、周边的原则；抗震墙或翼墙厚不宜小于140mm，分布筋的配筋率不应低于0．2％，双排布置的钢筋间距不应大于600mm，直径不宜小于6mm；抗震墙或翼墙与原框架可采用锚筋连接，锚筋直径可采用10～12ram，与梁柱边的距离不应小于30mm，与梁柱轴线的间距不应大于300mm。
　　 2.增设钢构套和钢筋混凝土套
　　钢构套加固梁柱时，应在梁的阳角和柱的四角外贴角钢，并与缀板焊接，加固梁的角钢不宜小于50ram×6mm，加固柱的角钢不宜小于75ram×6mm，钢缀板不宜小于40mm×4mm，间距不应大于40i(i为单肢角钢回转半径)，且不应大于400ram；钢筋混凝土套加固梁时，应在梁上下端设纵向钢筋并与柱可靠连接，在纵向钢筋外围设置箍筋，箍筋应有一半穿过楼板后弯折封闭，钢筋混凝土套加固柱时，应在柱周围设纵向钢筋并穿过楼板，顶部应在屋面板处封顶锚固，根部应深入基础锚固。
　　（二）梁柱受力主筋位置的设计
　　框架梁的截面宽度等于框架柱的边长或者框架梁的一边和框架柱重合时，框架柱的受力主筋和框架梁的受力主筋位置易发生矛盾。因此框架结构设计的思路是“强剪弱弯、强柱弱梁”，首先要保证框架柱受力主筋的位置。
　　设计时，框架梁主筋要在框架柱内侧通过；为保证框架梁的截面尺寸，在框架梁靠近柱侧四角增加4根钢筋作为架立钢筋。通过上述方法保证了框架结构受力构件的受力主筋的位置，便于施工。
　　（三）墙梁节点钢筋设计
　　在框架－剪力墙结构中，框架梁或者次梁直接搁置在核心筒墙体暗梁或过梁上，如果框架梁的截面和暗梁或过梁的截面高度相等，就造成框架梁主筋和核心筒暗梁或过梁主筋位置互相矛盾。要解决以上问题，具体设计如下：
　　1.过梁下铁设置不超过六根主筋分为两排布置，框架梁下铁布置在过梁下铁第一排和第二排钢筋之间且框架梁的接头位置全部位于支座附近，接头按照50％的比例错开。
　　2.框架梁上铁直接搁置在过梁上铁上，保证框架梁主筋的锚固长度满足规范要求。根据GB50204-2000规范中规定，过梁的箍筋尺寸取负误差，框架梁箍筋的尺寸取正误差，从而保证过梁和框架梁保护层厚度。
　　3.将过梁或暗梁截面降低或减小5cm，框架梁上铁直接锚固在过梁上，保证框架梁及楼板钢筋的保护层的厚度。
　　四、结语
　　钢筋混凝土框架结构尽管结构简单，但设计中仍有很多需要注意的问题，只有熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，才能设计出抗震性能好而又经济适用的建筑。

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-597637.htm