建筑多層框架結(jié)構(gòu)設計應注意的問題

李文博

摘 要 本文對建筑多層框架結(jié)構(gòu)體系中梁、柱的截面尺寸、配筋率和梁裂縫寬度的調(diào)整及設計中應注意的問題，進行了分析。

關(guān)鍵詞 框架梁 電算 配筋率 獨立基礎

對于框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，目前多采用計算機輔助軟件來進行分析和計算，但是目前有的工程設計人員過分地依賴計算機的計算結(jié)果，而缺少獨立分析問題、解決問題的能力，致使在一些圖紙中出現(xiàn)不必要的問題，為以后事故的發(fā)生埋下了隱患。因此，本文就多層框架電算結(jié)果中梁、柱的配筋調(diào)整和設計中應注意的問題進行了分析，并提供了一些改進措施和方法。

二、截面尺寸的選擇

梁、柱的截面尺寸選擇是框架結(jié)構(gòu)設計的前提，除應滿足規(guī)范所要求的取值范圍，還應注意盡可能使柱的線剛度與梁的線剛度的比值大于1，以達到在罕遇地震作用下，梁端形成塑性鉸時，柱端處于非彈性工作狀態(tài)而沒有屈服，節(jié)點仍處于彈性工作階段的目的，即規(guī)范所要求的“強柱弱梁強節(jié)點”。

三、框架計算簡圖不合理

無地下室的鋼筋混凝土多層框架房屋，獨立基礎埋置較深，在0.05 m左右設有基礎拉梁時，應將基礎拉梁按層1輸入。以某學生宿舍樓為例，該項目為3層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，丙類建筑，建筑場地為ll類。層高33 m，基礎埋深4.0 m ，基礎高度0.8 m，室內(nèi)外高差0.45 m。根據(jù)《抗震規(guī)范》第6.12條，在8度地震區(qū)，該工程框架結(jié)構(gòu)的抗震等級為二級。設計者按3層框架房屋計算，首層層高取3.35 m，即假定框架房屋嵌固在0.05 m處的基礎拉梁頂面基礎拉梁的斷面和配筋按構(gòu)造設計。

基礎按中心受壓計算。顯然，選取這樣的計算簡圖是不妥當?shù)摹５谝唬礃?gòu)造設計的拉梁無法平衡柱腳彎矩；第二，《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50010一2002）第7.3.11條規(guī)定，框架結(jié)構(gòu)底柱的高度應取基礎頂面至首層樓蓋頂面的高度。工程設計經(jīng)驗表明， 這樣的框架結(jié)構(gòu)宜按4層進行整體分析計算，即將基礎拉梁層按層1輸入，拉梁上如作用有荷載，應將荷載一并輸入。

這樣，計算剪力的首層層高為H1-4-0.8-0.05=3.15 m，2層高為3.35 m，三四層高為3.3 m。根據(jù)《抗震規(guī)范》第6.2.3條，框架柱底層柱腳彎矩設計值應乘以增大系數(shù)1.25。當設拉梁層時，一般情況下，要比較底層柱的配筋是由基礎頂面處的截面控制還是由基礎拉梁頂面處的截面控制。考慮到地基土的約束作用，對這樣的計算簡圖，在電算程序總信息輸入中，可填寫地下室層數(shù)為1，并復算一次，按兩次計算結(jié)果的包絡圖進行框架結(jié)構(gòu)底層柱的配筋。

四、框架柱配筋的調(diào)整

框架柱的配筋率一般都很低，有時電算結(jié)果為構(gòu)造配筋，但是實際工程中均不會按此配筋，因為在地震作用下的框架柱，尤其是角柱，所受的扭轉(zhuǎn)剪力最大，同時又受雙向彎矩作用，而橫梁的約束又較小，工作狀態(tài)又處于雙向偏心受壓狀態(tài)，所以其震害重于內(nèi)柱。對于質(zhì)量分布不均勻的框架尤為明顯，因此應選擇最不利的方向進行框架計算。另外，也可分別從縱、橫兩個方向計算后比較同一側(cè)面的配筋，取其較大值，并采用對稱配筋的原則。為了滿足框架柱在多種內(nèi)力組合作用下其強度要求，在配筋計算時應注意以下問題：

角柱、邊柱及抗震墻端柱在地震作用組合下會產(chǎn)生偏心受拉時，其柱內(nèi)縱筋總截面面積應比計算值增大25%；框架柱的配筋可放大1.2～1.6倍，其中角柱1.4倍，邊柱1.3倍，中柱1.2倍；框架柱的箍筋形式應選用菱形或井字形，以增強箍筋對混凝土的約束。對于二三級框架的底層柱底和底部加強部位縱筋，宜采用焊接，且當柱縱向鋼筋的總配筋率超過3%時，箍筋的直徑不應小于8，并應焊接。

另外，多層框架電算時常不考慮溫度應力和基礎的不均勻沉降，當多層框架水平尺寸和垂直尺寸較大以及地基軟弱土層較厚或地基土質(zhì)不均勻時，可以適當放大框架柱的配筋，且宜在縱、橫兩個方向設置基礎梁，其配筋不宜按構(gòu)造設置，應按框架梁進行設計，并按規(guī)范要求設置箍筋加密區(qū)。

五、框架梁裂縫寬度、斜截面配筋調(diào)整

在滿足梁柱的截面尺寸和配筋率的情況下，仍需在計算配筋后進行梁的裂縫寬度的驗算和滿足梁端斜截面“強剪弱彎”條件下的梁端配筋調(diào)整。

1.影響裂縫寬度的因素和調(diào)整的辦法。框架梁的裂縫寬度驗算往往被工程設計人員忽視，對此應引起我們的注意。影響裂縫寬度的主要因素有兩方面，一是構(gòu)件的混凝土強度等級，二是鋼筋的級別和直徑。由于混凝土等級與鋼筋的級別有一定的“依賴關(guān)系”，因此對于普通的混凝土構(gòu)件，混凝土的高等級對減小梁的裂縫寬度影響不大，一般情況下宜采用加大梁的配筋率或增大梁的截面尺寸的方法來減小梁的裂縫寬度。另外，需注意在利用計算機輔助軟件進行結(jié)構(gòu)建模中的荷載輸入時，一定要將恒、活載數(shù)值分開輸入，以便進行內(nèi)力組合和裂縫寬度的計算，不要貪圖省事而將恒、活載合并輸入，以防止梁、柱內(nèi)力計算錯誤，致使所繪制的施工圖不能使用。

2.梁端斜截面的配筋調(diào)整。框架結(jié)構(gòu)設計中，宜滿足在地震作用下框架梁的梁端斜截面受彎承載力的規(guī)范要求，即“強剪弱彎”。在具體設計和梁配筋調(diào)整時，可采用以下方法：（1）不放大梁端負彎矩鋼筋而加大梁的跨中受力鋼筋（一般放大1.1～1.3倍）。（2）梁端箍筋的直徑可增加2 mm。（3）支座處盡量不設置彎起鋼筋，宜利用箍筋承受支座剪力。

3.在電算中合理、準確運用彎矩的調(diào)幅。按照規(guī)范規(guī)定，只有在豎向力作用下梁端彎矩可調(diào)幅，水平力作用下梁端彎矩不允許調(diào)幅。因此，在計算時必須先將豎向荷載作用下的梁端彎矩調(diào)幅后，再將水平荷載產(chǎn)生的梁端彎矩疊加。在此可采用兩種方法：一是將梁端的固定彎矩調(diào)幅后，再進行力矩分配：二是將由力矩分配法算得的梁端負彎矩直接乘以調(diào)幅系數(shù)。

六、框架結(jié)構(gòu)設計中應注意的其他問題

在框架結(jié)構(gòu)中不允許采用兩種不同的結(jié)構(gòu)，樓、電梯間、局部突出屋頂?shù)姆块g，均不得采用磚墻承重，因為框架結(jié)構(gòu)是一種柔性結(jié)構(gòu)體系，而磚混結(jié)構(gòu)是一種剛性結(jié)構(gòu)。為了使結(jié)構(gòu)的變形相互協(xié)調(diào)，不應采用不同結(jié)構(gòu)混合受力。

加強短柱的構(gòu)造措施：在工程施工過程中，頂棚可能要吊頂或其他裝修，甲方為了節(jié)約開支，往往要求柱間填充墻不到頂或者是在墻上任意開門窗洞，這樣往往會造成短柱。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(chǎn)生交叉裂縫及脆性錯斷，從而引起建筑物或構(gòu)筑物的破壞甚至倒塌，所以在設計中應采取如下措施：一是盡量減弱短柱的樓層約束，如降低相連梁的高度、梁與柱采用鉸接等；二是增加箍筋的配置，在短柱范圍內(nèi)箍筋的間距不應大于l00 mm，柱的縱向鋼筋間距≤150 mm；三是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。

由于建筑的需要，有時需要框架梁外挑，且梁下設置鋼筋混凝土柱。在柱的內(nèi)力和配筋計算中，有些設計人員對其受力概念不清，誤認為此柱為構(gòu)造柱，并且其配筋為構(gòu)造配筋，懸臂梁也未按計算配筋，這樣有可能導致水平荷載作用下承載力不足，為事故的發(fā)生埋下隱患。實際上，在結(jié)構(gòu)的整體計算中，此柱為偏心受壓構(gòu)件，柱與梁端交接處類似于框架梁、柱節(jié)點，應考慮懸臂梁梁端的協(xié)調(diào)變形。所以對于此柱應作為豎向構(gòu)件參與結(jié)構(gòu)的整體分析，并且柱與梁端交接處應按框架梁、柱的節(jié)點處理。

七、結(jié)束語

結(jié)構(gòu)設計員在進行多層框架房屋結(jié)構(gòu)設計時，不僅要掌握設計規(guī)范，還應根據(jù)自己在工程中積累的經(jīng)驗，結(jié)合設計計算結(jié)果選擇出合理的結(jié)構(gòu)體系，正確地處理結(jié)構(gòu)設計中的問題，從而提高結(jié)構(gòu)的設計質(zhì)量。

參考文獻

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