基于建筑工程框架結(jié)構(gòu)設(shè)計問題分析研究

【摘要】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，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是建設(shè)工程設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，是保障建筑結(jié)構(gòu)安全、實現(xiàn)建筑使用功能的靈魂。本文主要就建筑工程鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的幾個問題進行分析，然后提出相應(yīng)的處理措施。本文在此提出了自己的一些觀點，可供參考。

【關(guān)鍵詞】 鋼筋混凝土； 框架結(jié)構(gòu)； 結(jié)構(gòu)設(shè)計

前言

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)由梁和柱剛性連接的骨架所組成，框架的連接點是剛節(jié)點，是一個幾何不變體。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是一種抗震、抗風(fēng)較好的結(jié)構(gòu)體系，建筑平面布置靈活，使用空間大，延性較好易于滿足建筑物設(shè)置大房間的要求，還可以減輕建筑物的重量，在現(xiàn)代工業(yè)與民用建筑中被廣泛應(yīng)用。

一、建筑工程框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題分析

1、結(jié)構(gòu)平面、豎向布置。梁、柱的截面尺寸的選擇是框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提，除應(yīng)滿足規(guī)范所要求的取值范圍，還應(yīng)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”。設(shè)計中應(yīng)合理地布置抗側(cè)力構(gòu)件，減少地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；平面布置宜規(guī)則、對稱，并應(yīng)具有良好的整體性；結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小（不應(yīng)在同一層同時改變構(gòu)件的截面尺寸和材料強度），避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。框架結(jié)構(gòu)宜設(shè)計成雙向梁柱剛架體系以承受縱橫兩個方向的地震作用或風(fēng)荷載。特殊情況下也可以采用一向為剛架，另一向為鉸接排架的結(jié)構(gòu)體系。但在鉸接排架方向應(yīng)設(shè)置支撐或抗震墻，以保證結(jié)構(gòu)的承載力、剛度和穩(wěn)定。

2、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，但是實際工程中應(yīng)注意一些薄弱環(huán)節(jié)的配筋。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)下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(yīng)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(yīng)注意以下問題：一是角柱、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)縱筋應(yīng)加強。二是框架柱的配筋可加強，滿足概念設(shè)計中的強柱弱梁原則。框架柱的箍筋形式應(yīng)選用菱形或井字形，以增強箍筋對混凝土的約束。三是對于二、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(dāng)柱縱向鋼筋的總配筋率超過 3%時，箍筋的直徑不應(yīng)小于 8，并應(yīng)焊接。

二、計算簡圖的處理問題分析

1、處理原則。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。基礎(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行計算。基礎(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。

2、注意重點。抗震驗算時應(yīng)特別注意場地土類別。8 度超過 5 層有條件時，盡量加剪力墻，可大大改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。框架結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計成雙向梁柱剛接體系，但也允許部分的框架梁搭在另一框架梁上。應(yīng)加強垂直地震作用的設(shè)計，從震害分析，規(guī)范給出的垂直地震作用尚存異議。雨篷不得從填充墻內(nèi)出挑。大跨度雨篷、陽臺等處梁應(yīng)考慮抗扭。框架梁、柱的混凝土等級宜相差一級。由于某些原因造成梁或過梁等截面較大時，應(yīng)驗算構(gòu)件的最小配筋率。出屋面的樓電梯間不得采用磚混結(jié)構(gòu)。框架結(jié)構(gòu)中的電梯井壁宜采用粘土磚砌筑，但不能采用磚墻承重。應(yīng)采用每層的梁承托每層的墻體重量。梯井四角加構(gòu)造柱，層高較高時宜在門洞上方位置加圈梁。因樓電梯間位置較偏，梯井采用混凝土墻時剛度很大，其他地方不加剪力墻，對梯井和整體結(jié)構(gòu)都十分不利。建筑長度宜滿足伸縮縫要求，否則應(yīng)采取措施。如：增大配筋率、通長配筋、改善保溫、鋪設(shè)架空層、加后澆帶等。當(dāng)采用井字梁時，梁的自重大于板自重，梁自重不可忽略不計。周邊一般加大截面的邊梁。

三、梁的抗震策略分析

1、梁的配筋率。為了保證梁的變形能力，使框架結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，梁端縱向受拉鋼筋的配筋率應(yīng)能使梁端截面的受壓區(qū)相對高度滿足以下要求：一級框架 0.25h0；二、三級框架 0.35h0，同時，縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)大于 2.5%。

2、梁的箍筋。為了保證梁有足夠的延性，提高塑性鉸區(qū)壓區(qū)混凝土的極限壓應(yīng)變值，并防止在塑性鉸區(qū)內(nèi)最終發(fā)生斜裂縫破壞，在梁端縱筋屈服范圍內(nèi)加密封閉式箍筋，對提高梁的變形能力十分有效。同時，為了防止壓筋過早壓曲，應(yīng)嚴(yán)格遵照《抗震規(guī)范》限制箍筋的間距。

3、梁內(nèi)縱筋錨固。在反復(fù)恒載作用下，在縱向鋼筋埋入梁柱節(jié)點的相當(dāng)長度范圍內(nèi)，混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)力將發(fā)生嚴(yán)重破壞。因此，應(yīng)注意在地震作用下框架梁中縱向鋼筋的錨固長度，一般應(yīng)比《結(jié)構(gòu)規(guī)范》中所規(guī)定的受拉鋼筋基本錨固長度大。

四、柱的抗震策略分析

1、柱截面尺寸。柱的平均剪應(yīng)力太大，會使柱產(chǎn)生脆性的剪切破壞。平均壓應(yīng)力或軸壓比太大會使柱產(chǎn)生混凝土壓碎破壞。為了使柱有足夠的延性，柱截面尺寸應(yīng)符合以下要求：柱截面的長邊應(yīng)小于柱凈高的1/4，且柱截面的寬度不宜小于 300mm；當(dāng)剪壓比保持較低時，可獲得較好的延性，為此柱端截面的平均剪應(yīng)力一般宜小于 3N/mm。

2、柱縱向鋼筋的配置。柱中縱向鋼筋宜對稱配筋：為了保證柱有足夠的延性，柱的最小配筋率必須滿足《抗震規(guī)范》要求；縱向鋼筋的接頭，一級框架應(yīng)采用焊接接頭；二級宜采用焊接接頭，而底層柱根應(yīng)焊接；三級可采用搭接，而底層柱根宜焊接；直徑大于 32mm 的鋼筋必須采用焊接。在縱向鋼筋連接區(qū)段內(nèi)宜加密箍筋，防止縱向鋼筋的壓曲，增加粘結(jié)度。

3、柱的箍筋。在地震力的反復(fù)作用下，柱端鋼筋保護層往往首先碎落。這時，如無足夠的箍筋約束，縱筋就會向外膨曲，柱端破壞。箍筋對柱的核心混凝土起著有效的約束作用，提高配箍率可以顯著提高受壓混凝土的極限壓應(yīng)變，從而有效增加柱的延性。因此，設(shè)計人員應(yīng)遵照《抗震規(guī)范》對框架柱的箍筋構(gòu)造要求。

五、結(jié)語

總之，以上提出的都是框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)的易疏忽的問題。只有熟練掌握規(guī)范，并在工程實踐中不斷總結(jié)、積累，才能使框架結(jié)構(gòu)設(shè)計更加合理，滿足“技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全適用、確保質(zhì)量”的要求。