鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設計淺析

[摘要]在我國現(xiàn)在的多高層建筑中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應用最普遍，其中鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是最常用的結(jié)構(gòu)形式。依據(jù)GB5002022002混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范和GB5001122001建筑結(jié)構(gòu)抗震設計規(guī)范，對抗震等級的選取，振型組合數(shù)的合理選取，軸壓比限值等問題的計算容易被設計人員，進行初步探討，并取得較好的效果，可供設計人員參考。

[關鍵詞]鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設計

一、概述

在我國現(xiàn)在的多高層建筑中，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是最常用的結(jié)構(gòu)形式。因為其具有足夠的強度，良好的延性和較強的整體性，目前廣泛用于地震設防地區(qū)。

在多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設計過程中，筆者通過切身體會，總結(jié)歸納了一些不符合規(guī)范要求的問題。較常見的有在結(jié)構(gòu)施工圖中將場地類別寫成了場地土類別，結(jié)構(gòu)設計使用年限與建筑施工圖不一致，抗震措施和抗震構(gòu)造措施不明確，柱縱筋在基礎內(nèi)錨固長度不足，周期該折減而未折減等，應引起足夠的重視。

二、框架結(jié)構(gòu)的耗能機理

框架結(jié)構(gòu)主要是以壓彎構(gòu)件——豎向框架柱和以彎剪構(gòu)件——水平框架梁組成的。實際工程計算的例子表明，框架結(jié)構(gòu)的延性很大程度上取決于框架梁和框架柱構(gòu)件本身的延性和屈服彎矩。

在地震作用下，框架結(jié)構(gòu)每經(jīng)過一個循環(huán)，加載時先是結(jié)構(gòu)吸收或儲存能量，卸載時釋放能量，但兩者不相等。兩者之差為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在一個循環(huán)中的“耗失能量”(耗能)，也即一個滯回環(huán)內(nèi)所含的面積。結(jié)構(gòu)吸收的地震能量可以由力——位移曲線所包圍的面積來表示。

三、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設計中的兩個注意問題

抗震等級的選取

對于乙類建筑，建筑抗震設計規(guī)范3.1.322規(guī)定:地震作用應符合本地區(qū)抗震設防烈度的要求，但是抗震措施(主要體現(xiàn)為抗震等級)在一般情況下，當抗震設防烈度為6度～8度時，應符合本地區(qū)抗震設防烈度提高一度的要求。實際設計中經(jīng)常發(fā)生抗震等級選錯的情況，如:位于8度區(qū)的某乙類建筑，應按9度由建筑抗震設計規(guī)范表6.1.2確定，為一級抗震等級。

振型組合數(shù)的合理選取

應按以下規(guī)則選取:對于較高層建筑，當不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時，振型數(shù)應不小于3；當振型數(shù)多于3時，宜取為3的倍數(shù)(由于程序按3個振型一頁輸出)，但不能多于層數(shù)。當房屋層數(shù)不大于2時，振型數(shù)可取層數(shù)。對于不規(guī)則建筑，當考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時，振型數(shù)應不小于9，但不能超過結(jié)構(gòu)層的3倍，只有定義彈性樓板且按總剛分析法分析時，才可以取更多的振型。建筑抗震設計規(guī)范在條文說明中明確指出:振型數(shù)可以取振型參與質(zhì)量達到總質(zhì)量90%所需的振型數(shù)。

目前satwe等程序已有這種功能，這是一個重要指標。如:對于某一建筑，選取的振型數(shù)為15，但振型參與質(zhì)量系數(shù)只有50%，說明振型數(shù)取得不夠，可能由于此建筑過于復雜或由于某些桿件不連續(xù)導致局部震動引起的，應仔細復核。

四、獨立基礎拉梁的問題

當基礎埋置較深，為了減小底層柱計算高度及底層側(cè)向位移，可在±0.000附近設置基礎拉梁，但不宜按構(gòu)造設置，宜按照框架要求設計，應注意此時需將板厚取為0，定義彈性結(jié)點，按總剛分析法分析計算，且基礎應設成短柱基礎。

五、構(gòu)造方面的若干問題

框架梁的通常面積配筋率ρsv不滿足規(guī)范要求

GB5001022002混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范11.3.9明確規(guī)定了最小面積配筋率，容易被忽視。如：二級框架，500mm×800mm，C40，非加密區(qū)箍筋<8@200，四肢箍要求ρsv≥0.28ft/fyv=(0.28×1.71)/210=0.00228，實際ρsv=(50.3×4)/(200×500)=0.00200<0.00228，不滿足設計規(guī)范。

當框架梁端縱向受拉筋配筋率大于2%時，箍筋直徑?jīng)]有增大2mm

設計中經(jīng)常碰到梁端縱向受拉筋配筋率大于2%的情況，往往不注意GB5001022002混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范11.3.623的規(guī)定，導致箍筋直徑偏小。如：某二級框架梁截面尺寸為250mm×400mm，梁端負筋為4Φ25，混凝土為C30，箍筋為<8@100，可知梁端縱向受拉筋配筋率為(490.9×4)/(250×365)=2.15%>2%，故箍筋直徑應至少為10mm，原配箍筋直徑偏小。

框架梁加密區(qū)箍筋肢距不滿足規(guī)范要求

如：寬300mm框架梁，箍筋為<10@100，兩肢箍，此時箍筋肢距為260mm。當抗震等級為1級～3級時，不滿足GB5001022002混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范11.3.8的規(guī)定，應在加密區(qū)范圍內(nèi)加一根拉筋，成三肢箍，可滿足要求。

框架柱縱筋間距和凈距不滿足規(guī)范要求

按GB5001022002混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范10.3.123和11.4.13的規(guī)定，框架柱縱筋的凈距不宜小于50mm，且當柱截面尺寸大于400mm時縱筋的間距不宜大于200mm。邊柱有可能會遇到這種情況，特別是當邊跨較長，柱的計算長度較長，沿邊跨方向框架的抗側(cè)剛度較弱時。這時框架柱邊跨方向計算配筋較大，另一方向配筋較小，如某框架柱高7.0m，截面尺寸為500mm×700mm，短邊配8Φ25，長邊配4Φ25，兩方向均不滿足規(guī)范要求。

地下室頂板厚度不夠

按建筑抗震設計規(guī)范6.1.4的規(guī)定，當作為上部嵌固部位時，應避免開大洞口，采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，且板厚不宜小于180mm，實際設計中在此種情況下經(jīng)常會忽視此條規(guī)定，導致板厚偏小。

短柱位置未明確

樓梯平臺梁或者雨篷梁支撐在框架柱上，容易形成短柱，應按要求全長加密箍筋。框架外圍填充墻開窗，由于窗臺處砌體對框架柱作用，容易形成短柱，也應全長加密。若不加密，可將砌體墻與框架柱設成柔性連接(如:墻柱之間留有縫隙，填充一些松散材料，但應有鋼筋與柱拉結(jié))，或從邊框梁處出挑挑耳，上砌砌體填充墻，消除對框架柱的作用。

六、關于框架結(jié)構(gòu)電梯井的問題

由于在地震作用下高層框架結(jié)構(gòu)的位移較難控制，而多層框架結(jié)構(gòu)的位移控制要比其容易許多，故對于多層的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)電梯井，完全可以采用框架加填充墻形式，只是這時應加密填充墻構(gòu)造柱，且應注意加強電梯井周圍的框架梁柱的配筋，因其剛度影響在計算中無法反映出來。若要將電梯井做成鋼筋混凝土形式，由于井筒會吸收較大地震力，相應減少框架部分吸收的地震力，則框架部分偏于不安全，且井筒基礎設計也較為困難，故應對整個結(jié)構(gòu)按有無鋼筋混凝土井筒分別計算，取最不利結(jié)果配筋，且對井筒墻壁采取做薄墻厚、構(gòu)造配筋、開豎縫、開計算洞等辦法來弱化電梯井剛度。這樣的墻體布置，在地震作用下不至于由于電梯井筒的破壞，而導致結(jié)構(gòu)整體喪失穩(wěn)定性。

參考文獻：

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