論鋼筋混凝土框架結構的設計

摘 要：隨著社會的發展進步，鋼筋混凝土結構在建筑行業得到了迅速發展，而框架結構又是其中應用最廣泛的，雖然相對簡單，但設計中仍有很多需要注意的問題，只有熟練地掌握規范，并具有良好的結構概念，才能設計出既安全又經濟適用的優秀作品。

關鍵詞：鋼筋；混凝土；框架結構；結構設計

前言

自改革開放以來，特別是上世紀90年代以后，鋼筋混凝土結構在建筑行業得到了迅速發展，特別是鋼筋混凝土框架結構，因為其具有足夠的強度，良好的延性和較強的整體性，更是廣泛應用于地震設防區的多高層建筑中。下面就框架結構的一些設計理念及常見問題與大家共同探討與學習。

1.框架結構的設計思路

框架結構抗震設計的正確指導思想：（1）塑性效應發生在梁端，底層柱的塑性效應較晚形成。（2）梁柱在彎曲破壞前，避免發生其他形式的破壞，如剪切破壞，粘性破壞。（3）在梁柱破壞之前，節點應有足夠的強度及變形能力。（4）重視非主體結構構件設計。

2.重視強柱弱梁，強剪弱彎的設計理念

為什么要在這里著重強調一下呢，通過去年汶川5.12強震后一些框架結構建筑物的實際破壞情況我們注意到，柱破壞了建筑物整個都會傾覆，而梁破壞則僅是某個區域失效，不會影響全局，柱較之梁破壞的損害更大，這是我們的必須重視的。因此我們設計人員在設計中一定要將這一概念設計貫徹下去，首先必須嚴格控制柱軸壓比，我們目前的計算均是基于小震下進行的，如果小震下柱子軸壓比過高，則大震下地震力將對邊柱產生一個巨大的附加軸力（有文章研究表明約增加30%），則柱子根本不可能有這點安全儲備，在大震即會破壞，那又何談大震不倒呢？筆者認為軸壓比在任何情況下均不宜超過0.9%。其次我們對柱斷面及配筋設置時應分部位處理，建議邊柱，角柱應適當加強，特別是角柱，建議應全柱加密箍筋，且配筋率不宜小于1%所有框架柱，不包括小截面柱，筆者建議縱筋均應大于20，且柱筋品種不宜過多，矩形截面柱盡可能對稱配筋。而對梁配筋筆者則建議應配足梁中部筋，而支座筋則可通過調幅讓其適當降低，以使地震作用下能形成梁鉸機制，防止柱先于梁屈服，使粱端能首先產生塑性鉸，保證柱端的實際受彎承載力大于梁端的實際受彎承載力。強剪弱彎是保證構件延性，防止脆性破壞的重要原則，它要求人為加大各承重構件相對于其抗彎能力的抗剪承載力，使這些部位在結構經歷罕遇地震的過程中以足夠的保證率不出現脆性剪切失效。對于框架結構中的框架梁應注意抗剪驗算和構造，使其滿足相關規范要求。

3.框架結構抗震設計用軟件（如pkpm）計算時應注意的幾個問題

3.1抗震等級

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

3.2振型組合數的選取

應按以下規則選取：對于較高層建筑，當不考慮扭轉耦聯時，振型數應不小于3；當振型數多于3時，宜取為3的倍數（由于程序按3個振型一頁輸出），但不能多于層數。當房屋層數不大于2時，振型數可取層數。對于不規則建筑，當考慮扭轉耦聯時，振型數應不小于9，但不能超過結構層的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。建筑抗震設計規范在條文說明中明確指出：振型數可以取振型參與質量達到總質量90%所需的振型數。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，選取的振型數為15，但振型參與質量系數只有50%，說明振型數取得不夠，可能由于此建筑過于復雜或由于某些桿件不連續導致局部震動引起的，應仔細復核。

3.3結構周期折減系數

框架結構由于填充墻的存在，使結構的實際剛度大于計算剛度，計算周期大于實際周期，因此，算出的地震作用效應偏小，使結構偏于不安全，因而對結構的計算周期進行折減是必要的。折減系數可根據填充墻的材料及數量選取0.7-0.9。

3.4梁剛度放大系數

SATWE或TAT等計算軟件的梁輸入模型均為矩形截面，未考慮因存在樓板形成T型截面而引起的剛度增大，造成結構的實際剛度大于計算剛度，算出的地震剪力偏小，使結構偏于不安全。因此計算時應將梁剛度進行放大，放大系數中粱取20、邊梁取1.5為宜。

3.5活荷載的最不利布置

多層框架，尤其是活荷載較大時，是否進行活荷的最不利布置對計算結果影響較大。即使選用程序中給定的梁設計彎矩放大系數，也不一定能反映出工程的實際受力情況，有可能造成結構不安全或過于保守。考慮目前的計算機計算速度都比較快，作者建議所有工程都應進行活荷載的最不利布置計算。

4.設計中應注意的若干問題

（1）框架節點核芯區箍筋配置應滿足要求對于規范中規定的框架柱箍筋加密區的箍筋最小體積配箍率的要求，絕大部分設計人員都能給予足夠的重視，但對于《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）中規定的”一、二、三級框架節點核芯區配箍特征值分別不宜小于0.12、0.10、0.08且體積配箍率分別不宜小于06%0.5%，0.4%。”設計中經常被忽視，尤其是柱軸壓比不大時，常常不滿足要求。這一規定是保證節點核芯區延性的重要構造措是、應嚴格遵守。

（2）底層框架柱箍筋加密區范圍應滿足要求建筑抗震設計規范（GB50011-2001）中規定：”底層柱，柱根處箍筋加密區范圍為不小于柱凈高的l/3”這是新增加的要求，設計中應重點說明。

（3）框架梁的縱向配筋率應注意《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）中規定：”當框架梁梁端縱向受拉鋼筋配筋率大于2%時，梁箍筋最小直徑的數值應比表6.3.3中規定的數值增大2/mm。”在目前設計中，這一規定常被忽視，造成梁端延性不足。

（4）框架梁上部縱筋端部水平錨固長度應滿足要求《混凝土結構設計規范》（GB50010-2002）中規定：”框架端節點處，當框架梁上都縱筋水平直線段錨固長度不足時，應伸至柱外邊并向下彎折，彎折前的水平投影長度不應小于0.4LaE.”當框架柱截面尺寸小于400×400mm時，應注意梁上部縱筋直徑的選擇，否則這一項要求不容易得到保證。

（5）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），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。

5.總結

鋼筋混凝土框架結構雖然相對簡單，但設計中仍有很多需要注意的問題，只有熟練地掌握規范，并具有良好的結構概念，才能設計出既安全又經濟適用的優秀作品。