鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的思考

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1.前言

　　20世紀(jì)90年代以后，隨著我國鋼材量的不斷提高，鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)得到了迅速發(fā)展，隨著建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化，無論是工業(yè)建筑還是民用建筑，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到的各種難題也日益增多，因而作為一個結(jié)構(gòu)設(shè)計者需要在遵循各種規(guī)范下大膽靈活的解決一些結(jié)構(gòu)方案上的難點、重點。

　　2.框架結(jié)構(gòu)方案構(gòu)思時應(yīng)考慮以下幾點

　　1.結(jié)構(gòu)的傳力路線應(yīng)簡捷明了。在荷載作用下，結(jié)構(gòu)的傳力路線越短、越直接，結(jié)構(gòu)的工作效能越高，‘所耗費的建材也就越少。

　　2.從力學(xué)觀點看，在民用和公共建筑的平面布局中，應(yīng)當(dāng)盡量使柱網(wǎng)按開間等跨和進(jìn)深等距（或近似于等距）布置，這樣可以相應(yīng)減少邊跨柱距，也可以充分利用連續(xù)梁的受力特點以減少結(jié)構(gòu)中的彎距，可以使各跨梁截面趨于一致，而提高結(jié)構(gòu)的整體剛度。

　　3.結(jié)構(gòu)方案還應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)情況和建筑功能要求綜合考慮。

　　3.應(yīng)從概念設(shè)計上著手注意幾個問題

　　1.關(guān)于強柱弱梁節(jié)點。這是為了實現(xiàn)在罕遇地震作用下，讓梁端形成塑形鉸，柱端處于非彈性工作狀態(tài)，而沒有屈服，但節(jié)點還處于彈性工作階段。強柱弱梁措施的強弱，也就是相對于梁端截面實際抗彎能力而言柱端截面抗彎能力增強幅度的大小，是決定由強震引起柱端截面屈服后塑性轉(zhuǎn)動能否不超過其塑性轉(zhuǎn)動能力，而且不致形成“層側(cè)移機構(gòu)”，從而使柱不被壓潰的關(guān)鍵控制措施。柱強于梁的幅度大小取決于梁端縱筋不可避免的構(gòu)造超配程度的大小，以及結(jié)構(gòu)在梁、柱端塑性鉸逐步形成過程中的塑性內(nèi)力重分布和動力特征的相應(yīng)變化。因此，當(dāng)建筑許可時，盡可能將柱的截面尺寸做得大些，使柱的線剛度與梁的線剛度的比值盡可能大于1，并控制柱的軸壓比滿足規(guī)范要求，以增加延性。驗算截面承載力時，人為地將柱的設(shè)計彎距按強柱弱梁原則調(diào)整放大，加強柱的配筋構(gòu)造。梁端縱向受拉鋼筋的配筋不得過高，以免在罕遇地震中進(jìn)入屈服階段不能形成塑性鉸或塑性鉸轉(zhuǎn)移到立柱上。注意節(jié)點構(gòu)造，讓塑性鉸向梁跨內(nèi)移。

　　2.關(guān)于“強剪弱彎”措施：強剪弱彎是保證構(gòu)件延性，防止脆性破壞的重要原則，它要求人為加大各承重構(gòu)件相對于其抗彎能力的抗剪承載力，使這些部位在結(jié)構(gòu)經(jīng)歷罕遇地震的過程中以足夠的保證率不出現(xiàn)脆性剪切失效。對于框架結(jié)構(gòu)中的框架梁應(yīng)注意抗剪驗算和構(gòu)造，使其滿足相關(guān)規(guī)范要求。

　　3.注意構(gòu)造措施。①對于大跨度柱網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)，在樓梯間處的框架柱由于樓梯平臺梁與其相連，使得樓梯問處的柱可能成為短柱，應(yīng)對柱箍筋全長加密。這一點，在設(shè)計中容易被忽視，應(yīng)引起重視。②對框架結(jié)構(gòu)外立面為帶形窗時，因設(shè)置連續(xù)的窗過梁，使外框架柱可能成為短柱，應(yīng)注意加強構(gòu)造措施。③對于框架結(jié)構(gòu)長度略超過規(guī)范限值，建筑功能需要不允許留縫時，為減少有害裂縫（規(guī)范規(guī)定裂縫寬度小于0.3mm），建議采用補償混凝土澆筑。采用細(xì)而密的雙向配筋，構(gòu)造間距宜小于150mm，對屋面宜設(shè)置后澆帶，后澆帶處按構(gòu)造措施宜適當(dāng)加強。④其它構(gòu)造措施限于篇幅，這里不再贅述，請詳見新規(guī)范。

　　4.結(jié)構(gòu)計算方面的問題

　　4.1計算簡圖的處理

　　結(jié)構(gòu)計算中，計算簡圖選取的正確與否，直接影響到計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，其中比較典型的是基礎(chǔ)梁的處理。一般情況下，基礎(chǔ)梁設(shè)置在基礎(chǔ)高度范圍內(nèi)，作為基礎(chǔ)的一部分，此時結(jié)構(gòu)的底層計算高度應(yīng)取基礎(chǔ)頂面至一層樓板頂面的高度?；A(chǔ)梁僅考慮承擔(dān)上部墻體荷載，構(gòu)造滿足普通梁的要求即可。當(dāng)按規(guī)范要求需設(shè)置基礎(chǔ)拉梁時，其斷面和配筋可按構(gòu)造設(shè)計，截面高度取柱中心距的1/12～1/18，縱向受力鋼筋取所連接的柱子的最大軸力設(shè)計值的10％作為拉力來計算。但是，當(dāng)基礎(chǔ)埋深過大時，為了減少底層的計算高度和底層的位移，設(shè)計者往往在±0.000以下的某個適當(dāng)位置設(shè)置基礎(chǔ)拉梁。此時，基礎(chǔ)拉梁應(yīng)作為一層輸入，底層計算高度應(yīng)取基礎(chǔ)頂面至基礎(chǔ)拉梁頂面的高度，二層計算高度應(yīng)取基礎(chǔ)拉梁頂面至一層樓板頂面的高度。拉梁層無樓板，應(yīng)開洞處理，并采用總剛分析方法進(jìn)行計算?；A(chǔ)拉梁截面及配筋按實際計算結(jié)果采用。若因此造成底層框架柱形成短柱，應(yīng)采取構(gòu)造措施予以加強。另一個需要注意的是，當(dāng)框架結(jié)構(gòu)的電梯井道采用鋼筋混凝土井壁時（設(shè)計時應(yīng)盡量避免），計算簡圖一定要按實際情況輸入，否則可能會造成頂部框架柱設(shè)計不安全。

　　4.2結(jié)構(gòu)計算參數(shù)的選取

　?。?）設(shè)計基本地震加速度值

　　《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011一2001）中規(guī)定：抗震設(shè)防烈度為7度時，設(shè)計基本地震加速度值分別為0.1g和0.15g兩種，抗震設(shè)防烈度為8度時，設(shè)計基本地震加速度值分別為O.2g和0.3g兩種，這與89規(guī)范差別較大。計算中應(yīng)嚴(yán)格注意地震區(qū)的劃分，選取正確的設(shè)計基本地震加速度值，這一項對地震作用效應(yīng)的影響極大。

　?。?）結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)

　　框架結(jié)構(gòu)由于填充墻的存在，使結(jié)構(gòu)的實際剛度大于計算剛度，計算周期大于實際周期，因此，算出的地震作用效應(yīng)偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全，因而對結(jié)構(gòu)的計算周期進(jìn)行折減是必要的。折減系數(shù)可根據(jù)填充墻的材料及數(shù)量選取0.7～0.9.

　?。?）梁剛度放大系數(shù)

　　SATWE或TAT等計算軟件的梁輸入模型均為矩形截面，未考慮因存在樓板形成T型截面而引起的剛度增大，造成結(jié)構(gòu)的實際剛度大于計算剛度，算出的地震剪力偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全。因此計算時應(yīng)將梁剛度進(jìn)行放大，放大系數(shù)中梁取2.0、邊梁取1.5為宜。

　?。?）活荷載的最不利布置

　　多層框架，尤其是活荷載較大時，是否進(jìn)行活荷的最不利布置對計算結(jié)果影響較大。即使選用程序中給定的梁設(shè)計彎矩放大系數(shù)，也不一定能反映出工程的實際受力情況，有可能造成結(jié)構(gòu)不安全或過于保守。考慮目前的計算機計算速度都比較快，作者建議所有工程都應(yīng)進(jìn)行活荷載的最不利布置計算。

　　4.3獨立梁箍筋計算結(jié)果需復(fù)核

　　《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2002）中規(guī)定：對集中荷載作用下的獨立梁，應(yīng)按公式進(jìn)行計算，且集中荷載作用點至支座間的箍筋，應(yīng)均勻配置。但SATWE軟件計算梁箍筋時，未考慮獨立梁這一情況，都按公式進(jìn)行計算，有時會造成計算結(jié)果偏小，設(shè)計中若遇到有獨立梁存在的情況，應(yīng)對梁箍筋的計算結(jié)果進(jìn)行手算復(fù)核。

　　5.設(shè)計構(gòu)造方面的問題

　　1.框架節(jié)點核芯區(qū)箍筋配置應(yīng)滿足要求對于規(guī)范中規(guī)定的框架柱箍筋加密區(qū)的箍筋最小體積配箍率的要求，絕大部分設(shè)計人員都能給予足夠的重視，但對于《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2001）中規(guī)定的“一、二、三級框架節(jié)點核芯區(qū)配箍特征值分別不宜小于0.12、0.10、0.08且體積配箍率分別不宜小于0.6％、0.5％，0.4％。”設(shè)計中經(jīng)常被忽視，尤其是柱軸壓比不大時，常常不滿足要求。這一規(guī)定是保證節(jié)點核芯區(qū)延性的重要構(gòu)造措施，應(yīng)嚴(yán)格遵守。

　　2.底層框架柱箍筋加密區(qū)范圍應(yīng)滿足要求建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2001）中規(guī)定：“底層柱，柱根處箍筋加密區(qū)范圍為不小于柱凈高的1/3”這是新增加的要求，設(shè)計中應(yīng)重點說明

　　3.框架梁的縱向配筋率應(yīng)注意

　　《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011一2001）中規(guī)定：“當(dāng)框架梁梁端縱向受拉鋼筋配筋率大于2%時，梁箍筋最小直徑的數(shù)值應(yīng)比表6.3.3中規(guī)定的數(shù)值增大2mm.”在目前設(shè)計中，這一規(guī)定常被忽視，造成梁端延性不足。

　　4.框架梁上部縱筋端部水平錨固長度應(yīng)滿足要求

　　《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2002）中規(guī)定：“框架端節(jié)點處，當(dāng)框架梁上都縱筋水平直線段錨固長度不足時，應(yīng)伸至柱外邊并向下彎折，彎折前的水平投影長度不應(yīng)小于0.4LaE.”當(dāng)框架柱截面尺寸小于400×400mm時，應(yīng)注意梁上部縱筋直徑的選擇，否則這一項要求不容易得到保證。

　　6.結(jié)束語

　　鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)雖然相對簡單，但設(shè)計中仍有很多需要注意的問題，只有熟練地掌握規(guī)范，并具有良好的結(jié)構(gòu)概念，才能設(shè)計出既安全又經(jīng)濟(jì)適用的優(yōu)秀作品。