談鋼筋混凝土框架結構設計

張文蘭

(山西太行建設開發有限公司，山西陽泉 045000)

0 引言

隨著我國近些年經濟的快速發展，框架結構房屋普遍采用，建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化，在結構設計中遇到的各種難題也日益增多，結合規范，對鋼筋混凝土框架結構設計中，常出現的一些問題以及參數的選用進行了分析探討，提出了一些處理辦法。

1 構造方面應注意的問題

1)框架結構主要是以壓彎構件(豎向框架柱)和彎剪構件(水平框架梁)組成的。大跨度柱網的框架結構，樓梯間處的框架柱由于樓梯平臺梁與其相連，使樓梯間處的柱可能成為短柱;當框架結構外立面為帶形窗時，因設置連續的窗過梁，使外框架柱也可能成為短柱。由于短柱剛度大，吸收地震作用使其受剪，當混凝土抗剪強度不足時，則產生交叉裂縫及脆性錯斷，從而引起構筑物的破壞。所以增加箍筋的配置，在短柱范圍內箍筋的間距不應大于100 mm，柱的縱向鋼筋間距不大于150 mm;采用良好的箍筋類型，如螺旋箍筋、復合螺旋箍筋、雙螺旋箍筋等。對于剪跨比不大于2的柱和因設置填充墻等形成柱凈高與截面高度之比不大于4的柱，也應全長加密箍筋。2)當結構嵌固部位不在地下室頂板而位于地下一層底板時，柱±0.000處上下兩端也應按柱根要求進行箍筋加密，加密區為本層柱凈高1/3。3)地上為圓柱時，地下部分應改為方柱，施工方便。圓柱縱筋根數最少為8根，箍筋用螺旋箍，并注明端部設一圈半的水平段。方柱箍筋用井字箍并按規范加密。角柱、樓梯間柱應增大縱筋并全柱高加密箍筋。幼兒園宜用圓柱，柱內不得穿暖氣管。4)在框架柱截面中部設置芯柱，不僅提高了柱的受壓承載力，也可以提高柱的變形能力，有利于在大變形情況下防止倒塌，但其縱向鋼筋不能布置在柱截面周邊，因為如布置在周邊，則變為柱的主要受力鋼筋了，柱就有可能由大偏心受壓破壞轉變為小偏心受壓的脆性破壞，要引起注意。5)在多遇地震影響下，結構處于彈性工作狀態，梁的支座負彎矩鋼筋完全可以根據其負彎矩包絡圖確定其延伸長度。但根據中震可修，大震不倒的抗震設計基本原則，在強烈地震作用下，結構有可能進入彈塑性階段工作，此時梁支座負彎矩鋼筋應力可能達到屈服，并且充分發揮延性性能，其彎矩值要比按多遇地震計算所得的支座負彎矩值大許多，于是彎矩零點必定向跨中方向轉移，甚至跨中頂面附近也可能出現負彎矩，因此按多遇地震計算確定的支座負鋼筋延伸長度就顯得不足，于是GB 50011-2010建筑抗震設計規范第6.3.4條規定，對抗震等級為一，二級的框架梁，沿梁全長頂面配筋應不少于2φ14，且不應少于梁兩端頂面縱向配筋中較大面積的1/4。這點不能忽視。6)抗震設計時，限制框架柱的軸壓比主要為了保證柱的延性要求。抗震設計時，柱軸壓比不宜超出《建筑抗震設計規范》表6.3.6的規定。對于Ⅳ類場地上較高的高層建筑，其軸壓比應適當減小。這里所說的“較高的高層建筑”指高于40 m的框架結構或高于60 m的其他結構體系的混凝土房屋。7)GB 50010-2010混凝土結構設計規范第11.3.7條規定:框架梁端縱向受拉筋配筋率不宜大于2.5%。有的設計者對抗震等級為一、二級的鋼筋混凝土框架中的鋼筋未提出材料強度比限值要求。還有的設計者對梁高不大于300 mm的梁箍筋間距采用200 mm而未驗算V≤0.7bh0ft。8)基礎底板混凝土不宜大于C30，否則容易出現裂縫。柱應盡量采用高強度混凝土來滿足軸壓比的限制，減小斷面尺寸。

2 結構計算方面的問題

2.1 框架梁端截面組合剪力設計值的結構計算

有的設計者未乘梁剪力增大系數(ηvb=1.2)，有的誤將根據梁兩端同一方向彎矩值求出的剪力和重力荷載代表值產生的剪力相加后乘以剪力增大系數。

例:框架梁截面尺寸b×h=250 mm×550 mm，h0=515 mm，框架抗震等級為二級。

若此梁左右兩端截面考慮地震作用組合的最不利彎矩設計值為:

左端上:MtL=420 kN·m(逆時針);左端下:MbL=210 kN·m(順時針)。

右端上:MtR=360 kN·m(順時針);右端下:MbR=175 kN·m(逆時針)。

梁上作用均布荷載q=46.0 kN/m，梁凈跨Ln=7.0m，此框架梁端截面組合剪力設計值正確計算:

根據《抗震規范》第6.2.4 條公式(6.2.4-1)計算:

其中，V為梁端截面組合的剪力設計值;Ln為梁的凈跨;VGb為梁在重力荷載代表值作用下，按簡支梁分析的梁端截面剪力設計值;MbL，MbR分別為梁左右端逆時針或順時針方向組合的彎矩設計值。

順時針方向:MbL+MtR=210+360=570 kN·m;逆時針方向:MtL+MbR=420+175=595 KN·m。

以逆時針方向的MtL+MbR絕對值較大，計算重力荷載代表值產生的剪力設計值VGb。

VGb=qLn/2=46×7×0.5=161 kN，二級抗震，由 GB 50011-2010建筑抗震設計規范第6.2.4條，ηvb=1.2，框架梁端截面組合剪力設計值 Vb=ηvb(MtL+MbR)/Ln+VGb=1.2×595/7.0+161=263 kN。

2.2 參數如何選用的問題

1)現澆板配筋計算時，可考慮塑性內力重分布，將板上筋乘以0.8～0.9的折減系數，將板下筋乘以1.1～1.2的放大系數。2)活荷載標準值的折減系數。舉例:六層教學樓，確定某柱第四層頂由活荷載標準值產生的內力標準值。已知此柱第四層頂的從屬面積為26 m2。正確方法:此柱雖然每一樓層的從屬面積不足50 m2，但第四層柱頂計算截面以上兩層的從屬面積為26×2=52 m2已超過50 m2，應乘以折減系數0.9。(依據GB 50009-2012建筑結構荷載規范的5.1.2條規定)教室的活荷載標準值2.5 kN/m2，則此柱的內力標準值 N=0.9 ×26 ×2×2.5=117 kN。此外，PMCAD設置了按從屬面積對樓面梁的活荷載折減系數，與SATWE軟件設置的按樓層進行活荷載折減是不同的，通常選擇在一處對活荷載進行折減，如果兩處都選擇折減，則活荷載被折減了兩次，可能導致結構不安全。3)計算單向地震作用時，未考慮偶然偏心的影響。對質量與剛度分布明顯不對稱、不均勻的結構，仍按單向水平地震作用進行計算。對Y形、弧形、井字形平面建筑，風荷載體型系數仍取1.3是錯的。4)樓層組裝時，為保證首層豎向構件計算長度正確，該樓層底標高應從基礎頂面起算，不是按首層層高輸入。5)樓梯間沒有樓板，也應布置板厚為0的樓板，并布置樓梯活荷載。6)混凝土容重初始值為25.0 kN/m3?？紤]構件抹灰及裝飾層重量時，應按實際情況修改此參數，通常輸入26 kN/m3。7)TAT和SATWE計算柱配筋:選擇“按單偏壓計算”，在計算X方向配筋時不考慮Y向鋼筋的作用，計算結果具有唯一性。選擇“按雙偏壓計算”，在計算X方向配筋時要考慮與Y向鋼筋疊加，框架柱作為豎向構件配筋計算時會多達幾十種組合，而每一種組合都會產生不同的X向和Y向配筋，計算結果不具有唯一性，雙偏壓計算是多解的，有可能配筋較大。建議采用單偏壓計算，雙偏壓驗算。用SATWE軟件第4項(分析結果圖形和文本顯示)里鋼筋驗算。8)梁活荷載內力放大系數:只對梁在滿布活荷載下的內力進行放大，一般取值1.1～1.2，如已輸入梁活荷載不利布置樓層數，則選擇《高層規程》5.1.8規定:“高層建筑結構內力計算時，當樓面活荷載大于4 kN/m2，應考慮樓面活荷載不利布置引起的梁彎矩的增大。”在梁活荷載不利布置最高層號輸入N，表示從1～N各層考慮梁活荷載的不利布置。輸入0表示全樓各層都不考慮梁活荷載的不利布置。9)對于高層建筑結構，通常選擇考慮偶然偏心。但是符合《建筑抗震設計規范》第3.4章的平面不規則的多層建筑，也應考慮偶然偏心的影響。

3 結語

在進行結構設計時，熟練地掌握規范還不夠，還應根據自己在工程中積累的經驗，正確的處理結構設計中的問題，才能設計出既安全又經濟適用的優秀設計。