關于高層框架結構設計的探究

【摘要】高層建筑框架結構設計是不容忽視的問題，設計工作者只有按相應的規范的構造要求來嚴格執行，才能從根本上消除設計質量的隱患。本文對高層框架設計構造方面、框架結構設計中的基礎連梁以及地下框架梁和基礎梁、柱的抗震設計、樓板開大洞結構計算、鋼筋混凝土保護層厚度取值等方面對高層框架結構設計進行了研究分析，以供參考。

【關鍵詞】高層框架結構；設計；構造；梁；抗震

一、高層框架設計構造方面

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》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：o.6%、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施，應嚴格遵守。

2、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》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0.4LE”當框架柱截面尺寸小于400x400mm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。我們要注意選擇適當的框架柱。

3、關于框架結構電梯井的問題。由于在地震作用下高層框架結構的位移較難控制，而多層框架結構的位移控制要比其容易許多，故對于多層的鋼筋混凝土框架結構電梯井，完全可以采用框架加填充墻形式，只是這時應加密填充墻構造柱，且應注意加強電梯井周圍的框架梁柱的配筋，因其剛度影響在計算中無法反映出來。若要將電梯井做成鋼筋混凝土形式，由于井筒會吸收較大地震力，相應減少框架部分吸收的地震力，則框架部分偏于不安全，且井筒基礎設計也較為困難，故應對整個結構按有無鋼筋混凝土井筒分別計算，取最不利結果配筋，且對井筒墻壁采取做薄墻厚、構造配筋、開豎縫、開計算洞等辦法來弱化電梯井剛度。這樣的墻體布置，在地震作用下不至于由于電梯井筒的破壞，而導致結構整體喪失穩定性，增加建筑倒塌的幾率。會對人們的生命財產安全造成極大地損害。

二、框架結構設計中的基礎連梁、地下框架梁和基礎梁

在框架基礎結構設計中，很多設計新手混淆這三個概念。也有人把所有的地下梁統稱為基礎梁。在這里我們把概念分析一下。在框架獨立柱下基礎設計時，在基礎頂面附近或接近于±0.000的位置沒置雙向的地下梁。設置此梁的目的一是為了提高基礎整體性，調節上部結構的不均勻沉降，其二是用來承擔框架底層的墻體。我們把它稱為基礎連梁，當基礎埋置深度不是很大時，基礎拉梁頂標高一般所用與基礎頂齊平，基礎拉梁的鋼筋分別錨固于基礎之內，計算模型是支承在基礎上簡支梁.而不是連續梁。為了使基礎拉梁的實際受力符合計算模型，結構說明中常要求基礎梁底架空（如要求先素土夯實，再鋪爐渣300厚，梁底留100高空隙）：當基礎埋置深度較大時，基礎拉梁的頂面標高一般位于地坪下500，這樣做的好處就是計算模型簡單，可以把它當作一層框架由軟件完成計算工作，還可以節省基礎拉梁上的墻體。此時的基礎拉梁在實際概念上應屬于地下框架梁，其截面尺寸及配筋要求應同于樓面框架梁。而我們常稱的基礎梁，從結構分析角度來說，是起基礎作用的.即承受地基反力的梁。如筏板基礎中的基礎梁，基礎梁和基礎底板共同承受地基反力，其計算模型我們則采用“倒梁樓蓋法”，基礎梁的受力筋設置位置和樓面框架梁剛好相

三、柱的抗震設計

1、柱截面尺寸：柱的平均剪應力太大，會使柱產生脆性的剪切破壞。平均壓應力或軸壓比太大會使柱產生混凝土壓碎破壞，為了使柱有足夠的延性，柱截面尺寸應符合以下要求：柱截面的寬度和高度均不宜小于300mm；剪跨比宜大于2；截面高寬比不宜大于3；當剪壓比保持較低時，可獲得較好的延性，為此柱端截面的平均剪應力一般宜小于3N/mm2。

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《抗震規范》要求；縱向鋼筋的連接方法應符合《高規》第6.5.3條；在縱向鋼筋連接區段內宜加密箍筋，防止縱向鋼筋的壓曲，增加粘結強度。

3、柱的箍筋：在地震力的反復作用下，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變，從而有效增加柱的延性。因此設計人員應遵照《抗震規范》，滿足框架柱的箍筋構造要求。

四、樓板開大洞結構計算

樓板開洞的結構比較普遍，如果開洞面積大于該層樓面面積的30%，就屬于平面不規則了，計算時必須進行處理。以PKPM軟件為例來說，TAT和SAT、ⅣE分別采用了兩種方式進行處理。TAT軟件是將無樓板的節點定義為彈性節點，也就是表明該節點不受剛性樓板假定的限制，其平動自由度獨立（在這里所指的節點為梁柱交點）；SAT2WE軟件是將所有樓板定義為彈性膜，由軟件真實的計算樓板的平面內剛度，忽略樓板的平面外剛度。建議如果某層洞口面積大于樓層面積的30%以上時，應將全樓所有樓板定義為彈性膜比較符合實際，也可以將該層洞口邊緣節點定義為彈性節點（即不考慮樓板的剛度）；如果屋面為剛網架時，應輸入一板厚，定義為彈性膜，真實計算樓板的平面內剛度，比較符合實際。在正確定義了彈性節點或彈性膜后，在后續計算中必須采用總剛計算法，否則側剛計算法仍按剛性樓板計算結構內力和配筋，計算時應特別注意這一點。

五、鋼筋混凝土保護層厚度取值

1、主粱與次梁交叉處、主梁、次梁和板的鋼筋關系處理不明確，造成板負筋保護層厚度不足或構件有效截面高度損失，直接影響到構件的安全性。

2、梁或柱中，只注意到主筋的保護層厚度，而忽略了箍筋的保護層厚度，造成箍筋外露或保護層厚度不足。

3、地上部分與地下部分的柱子因所處的環境條件不同，根據規范要求，應采取不同的保護層厚度。設計人員常忽略這一差別，不進行專門處理，施工時會出現兩種情況：都按正常環境條件處理，造成地下部分混凝土保護層厚度不足；地下部分按基礎的環境條件處理，由于地下部分的保護層比地上部分的保護層厚度大，結果造成鋼筋出地面后外撐，形成安全隱患。因此，設計時應注意：正確處理構件內各類鋼筋的相互關系，按鋼筋的正確位置確定構件內鋼筋的保護層厚度及構件有效截面高度，并進行構件的截面設計。正確區分同一構件所處的環境條件，區別對待不同環境下的混凝土保護層厚度。地下部分的柱子可將其斷面加大，滿足其保護層厚度的要求，同時保證柱子鋼筋上下位置的一致性，滿足鋼筋受力要求。

六、結束語

高層建筑框架結構的設計，有關規范雖已有詳細規定。我國建筑工程領域在進行框架結構設計與建設時需要不斷地在實踐中豐富設計經驗，提高設計質量標準，為我國建筑框架結構設計在建筑工程施工領域的健康發展奠定堅實的基礎。

參考文獻：

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