論框架結構設計中問題要點的分析

摘要:對于一項工程設計來說，其質量的好壞，很大程度上取決于設計人員對工程狀況的了解和處理具體問題所具備的素質是否到位。本文作者根據多年的相關工作經驗，就高層建筑中框架設計這一模塊，提出了自己的一些見解。

關鍵詞:框架結構設計 后澆帶 箍筋加密

1 框架梁柱截面尺寸的選取及其影響因素

1.1 框架梁截面尺寸的選取 近年來，我國很多設計人員根據大量的工程實踐經驗，設計框架梁時，在高度取值上已有了不同過去的規定，一般為跨度的1/18～1/15。在現行高層規程中已規定取跨度的1/18～I/10。譬如像8m左右柱網的一般民用建筑，框架主梁高度取500mm左右，寬度為350～400mm。

1.2 框架柱截面尺寸的選取及其影響因素 進行高層建筑的框架結構設計時，由于框架柱所受的軸向力較大，柱的截面尺寸要根據軸壓比限值進行假定，因為框架柱的軸壓比限制條件是要保證柱的延性。

新規程相對舊規程，在柱的最小截面尺寸規定上已有所降低。矩形截面柱的邊長，非抗震設計時不宜小于250mm，抗震設計時不宜小于300mm。

影響高層框架柱截面尺寸的因素主要是結構的側移限制條件。

高層建筑層數多、高度大，為保證高層建筑具有必要的剛度，應對其層位移加以控制。這個控制實際是對柱截面尺寸控制的一個相對指標。

在正常使用條件下，限制高層建筑結構層間位移的主要目的有兩點:①保證主結構基本處于彈性受力狀態，即避免混凝土柱出現裂縫;同時，將混凝土梁等樓面構件的裂縫數量、寬度和高度限制在規范允許范圍之內。②保證填充墻、隔墻和幕墻等非結構構件的完好，避免產生明顯損傷。

迄今，控制層間變形的參數有三種:即層問位移與層高之比(層間位移角)、有害層間位移角、區格廣義剪切變形。考慮到層間位移控制是一個宏觀的側向剛度指標，為便于設計人員在工程中應用，高層規程采用了層間最大位移與層高之比。對框架結構，其限值為1/550。

因此，選擇的柱截面尺寸既滿足軸壓比規定，又滿足層間位移控制條件，是方案設計階段需慎重處理的一個問題。

由于框架結構的抗側移剛度較小，當層數較多時，框架柱的截面尺寸常常由側移限制條件所控制，而框架柱的截面尺寸的增大對抗側移剛度的貢獻又較小，往往造成框架柱的截面尺寸較大，按內力計算的柱配筋常常是按構造配筋，并且過大的柱截面尺寸又影響建筑的合理使用，尤其是高層住宅，10層左右時取柱截面為800mm×

800mm，墻體厚一般為240mm，會嚴重影響住宅的內部布置，當然還有框架梁高的不利影響。

2 后澆帶

結構由于過長、受力不均勻等原因，需要設置變形縫(三縫)，由于設縫的處理有時比較困難，建筑專業對縫比

較反感?，F在越來越多的建筑都以后澆帶代替變形縫，即在施工時，先預留800～1000mm左右的縫，過若干時間后澆混凝土。

代替沉降縫的后澆帶，一般后澆時間為主體結構完工后。如果基礎置于壓縮模量大的土層或砂土上，則在后澆混凝土前沉降已基本處于穩定，利用后澆帶代替沉降縫基本是可取的。如果置于壓縮模量較小的土層，則后期沉降量占有一定的比例，后澆帶澆筑后還會繼續存在較大的沉降差，不能光靠后澆帶解決所有問題，需要在結構上采取其他構造措施加以解決。

對于代替伸縮縫的后澆帶，一般后澆帶預留的時間為幾個月，此時，采用了后澆帶，混凝土澆灌時收縮變形基本上不產生附加應力，能起到較好的作用。但后澆帶澆灌后至建筑物正常使用階段，由于自然溫差引起的伸縮仍會產生附加應力，與不設后澆帶基本一樣，這點應引起足夠的重視。

另外，后澆帶處鋼筋如果切斷，則錨固長度較難以保證，特別是梁中鋼筋較粗，而后澆帶寬一般只有800mm左右，難以滿足規范的錨固要求，而且所有鋼筋在同一截面截斷錨固有違規范要求。如果鋼筋不斷，則混凝土收縮時會引起鋼筋產生預應力，如此力與正常受力方向一致，則降低了承載力。

因此，工程中不能一概用后澆帶代替結構縫，應對后澆帶的作用進行客觀分析，對其帶來的不利因素或不能解

決的問胚等應采取其他措施加以彌補。附帶指出，利用各種膨脹劑同樣有以上后澆帶類似的問題。

3 結構的內力調整

《建筑抗震設計規范》繼續采用“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強節點強錨固弱構件”的設計思想，依據結構類型、抗震設防烈度和房屋高度決定結構抗震等級;然后按抗震等級對結構構件設計內力進行調整。在該規范中，結構抗震等級分為四級(一、二、三和四級)。高層規程根據高層建筑的自身特點又做了一些補充規定，增加了特一級。各抗震等級的梁、柱均對組合內力設計值進行不同系數的調整，用來限制大震下塑性鉸區出現部位，避免或減少脆性剪切破壞先于彎曲破壞加強柱根部推遲塑性鉸形成，控制倒塌，做到“小震不壞，中震可修，大震不倒”。

3.1 內力調整的分類 高層建筑結構在荷載作用下，經過結構分析計算，求得各構件的內力標準值，再進行各種修正和調整得到設計值。內力修正和調整一般分為兩類。第一類屬于結構整體內力調整，主要包括:樓層最小地震力限值控制、薄弱層地震剪力放大、框剪結構中框架部分所受地震總剪力的調整及框支轉換層中框支柱地震剪力的調整等。這類調整的特點是，在不滿足規范的某些規定時才進行調整，而且調整的部位和調整系數的大小一般均需在計算后才能確定。第二類則是梁、柱的構件內力或組合內力的調整。此類調整的部位明確，調整系數的大小可根據抗震等級確定。

3.2 內力調整的方法 在《建筑抗震設計規范》中，給出了各種內力調整的表達式。這類調整又分以下3種情況:一是直接在柱端標準內力彎矩組合值上乘以增大系數。二是對內力組合中的個別工況內力進行調整，例如框支柱的軸力調整只對地震作用下的軸力進行。此時，在對各工況內力組合之前，先把地震軸力進行放大后再組合。三是框架梁的剪力調整，只是對梁兩端的固端彎矩引起的剪力進行調整，而對后迭加的豎向荷載引起的簡支梁剪力不加調整。

3.3 內力調整系數 按照《建筑抗震設計規范》，進行現澆鋼筋混凝土房屋抗震等級的劃分。根據結構類型、設防烈度和房屋高度，可以決定結構的抗震等級。

4 箍筋加密

抗震設計中，框架梁的粱端1.5h～2h(h為梁高)范圍內箍筋需要加密。這是為了使梁端可能產生塑性鉸的區域有較好的延性，這也是抗震設計的構造要求。顯然，構件除了要滿足抗震構造要求外，還需保證在受力狀態下的安全，如梁還應滿足豎向荷載作用(或與水平荷載組合作用)下抗剪承載能力的要求，以此確定抗剪箍筋的數量。不少設計人員用程序計算時在加密區1.5h～2h長度內滿足梁端部受力和構造要求(如箍筋間距取為100mm)，而在非加密區長度內的箍筋數量則按加密區箍筋數量的50%配置(如箍筋間距取為200mm)，這是不能保證安全的。分析如下:

框架梁在豎向荷載作用下，剪力圖反對稱，若中間的箍筋數量按加密區箍筋數量的50%配置，則加密區的長度至少需要L/4(L為梁長)。在一般情況下，梁高h小于L/8，則L/4就大于2h，加密區長度取2h就滿足不了抗剪的要求。在水平荷載為主要荷載的情況下，剪力圖偏于一邊，中間部位的剪力一般情況下只比端部最大剪力小20%～30%，有時甚至與端部剪力基本一致，此時梁全長都需要按端部剪力配置箍筋。

因此，設計人員應重視這一情況，最好按端部剪力和梁上荷載計算出中間部分的剪力進行計算配置;如果簡化，為安全起見，應在梁全長范圍內都按端部最大剪力配置箍筋，最大間距為100mm(一、二級抗震)或150mm(三、四級抗震)。

5 結語

縱觀全文，筆者從粱柱截面尺寸選擇、軸壓比限制、側移控制、箍筋加密及抗震設計內力的調整等方面的情況做了一些探討，希望得到的相關結論能夠得到同行的提點。

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