淺談鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題

李　濤

摘要：20世紀(jì)90年代以后，隨著我國(guó)鋼材量的不斷提高，鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)得到了迅速發(fā)展，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(jì)中遇到的各種難題也日益增多，因而作為一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者需要在遵循各種規(guī)范下大膽靈活的解決一些結(jié)構(gòu)方案上的難點(diǎn)、重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 框架結(jié)構(gòu)方案構(gòu)思時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)

1.1結(jié)構(gòu)的傳力路線應(yīng)簡(jiǎn)捷明了。在荷載作用下，結(jié)構(gòu)的傳力路線越短、越直接，結(jié)構(gòu)的工作效能越高，所耗費(fèi)的建材也就越少。

1.2從力學(xué)觀點(diǎn)看，在民用和公共建筑的平面布局中，應(yīng)當(dāng)盡量使柱網(wǎng)按開間等跨和進(jìn)深等距（或近似于等距）布置，這樣可以相應(yīng)減少邊跨柱距，也可以充分利用連續(xù)梁的受力特點(diǎn)以減少結(jié)構(gòu)中的彎距，可以使各跨梁截面趨于一致，而提高結(jié)構(gòu)的整體剛度。

1.3結(jié)構(gòu)方案還應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)情況和建筑功能要求綜合考慮。

2 應(yīng)從概念設(shè)計(jì)上著手注意幾個(gè)問題

2.1關(guān)于強(qiáng)柱弱梁節(jié)點(diǎn)

這是為了實(shí)現(xiàn)在罕遇地震作用下，讓梁端形成塑形鉸，柱端處于非彈性工作狀態(tài)，而沒有屈服，但節(jié)點(diǎn)還處于彈性工作階段。強(qiáng)柱弱梁措施的強(qiáng)弱，也就是相對(duì)于梁端截面實(shí)際抗彎能力而言柱端截面抗彎能力增強(qiáng)幅度的大小，是決定由強(qiáng)震引起柱端截面屈服后塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能否不超過其塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力，而且不致形成“層側(cè)移機(jī)構(gòu)”，從而使柱不被壓潰的關(guān)鍵控制措施。柱強(qiáng)于梁的幅度大小取決于梁端縱筋不可避免的構(gòu)造超配程度的大小，以及結(jié)構(gòu)在梁、柱端塑性鉸逐步形成過程中的塑性內(nèi)力重分布和動(dòng)力特征的相應(yīng)變化。因此，當(dāng)建筑許可時(shí)，盡可能將柱的截面尺寸做得大些，使柱的線剛度與梁的線剛度的比值盡可能大于1，并控制柱的軸壓比滿足規(guī)范要求，以增加延性。驗(yàn)算截面承載力時(shí)，人為地將柱的設(shè)計(jì)彎距按強(qiáng)柱弱梁原則調(diào)整放大，加強(qiáng)柱的配筋構(gòu)造。梁端縱向受拉鋼筋的配筋不得過高，以免在罕遇地震中進(jìn)入屈服階段不能形成塑性鉸或塑性鉸轉(zhuǎn)移到立柱上。注意節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，讓塑性鉸向梁跨內(nèi)移。

2.2 關(guān)于“強(qiáng)剪弱彎”措施

強(qiáng)剪弱彎是保證構(gòu)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(gòu)件相對(duì)于其抗彎能力的抗剪承載力，使這些部位在結(jié)構(gòu)經(jīng)歷罕遇地震的過程中以足夠的保證率不出現(xiàn)脆性剪切失效。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)中的框架梁應(yīng)注意抗剪驗(yàn)算和構(gòu)造，使其滿足相關(guān)規(guī)范要求。

2.3 注意構(gòu)造措施。①對(duì)于大跨度柱網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)，在樓梯間處的框架柱由于樓梯平臺(tái)梁與其相連，使得樓梯問處的柱可能成為短柱，應(yīng)對(duì)柱箍筋全長(zhǎng)加密。這一點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中容易被忽視，應(yīng)引起重視。②對(duì)框架結(jié)構(gòu)外立面為帶形窗時(shí)，因設(shè)置連續(xù)的窗過梁，使外框架柱可能成為短柱，應(yīng)注意加強(qiáng)構(gòu)造措施。③對(duì)于框架結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度略超過規(guī)范限值，建筑功能需要不允許留縫時(shí)，為減少有害裂縫（規(guī)范規(guī)定裂縫寬度小于0.3mm），建議采用補(bǔ)償混凝土澆筑。采用細(xì)而密的雙向配筋，構(gòu)造間距宜小于150mm，對(duì)屋面宜設(shè)置后澆帶，后澆帶處按構(gòu)造措施宜適當(dāng)加強(qiáng)。④其它構(gòu)造措施限于篇幅，這里不再贅述，請(qǐng)?jiān)斠娦乱?guī)范。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的問題

3.1 計(jì)算簡(jiǎn)圖的處理

結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算簡(jiǎn)圖選取的正確與否，直接影響到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，其中比較典型的是基礎(chǔ)梁的處理。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(shí)結(jié)構(gòu)的底層計(jì)算高度應(yīng)取基礎(chǔ)頂面至一層樓板頂面的高度?；A(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(shí)，其斷面和配筋可按構(gòu)造設(shè)計(jì)，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(jì)值的10％作為拉力來計(jì)算。但是，當(dāng)基礎(chǔ)埋深過大時(shí)，為了減少底層的計(jì)算高度和底層的位移，設(shè)計(jì)者往往在±0.000以下的某個(gè)適當(dāng)位置設(shè)置基礎(chǔ)拉梁。此時(shí)，基礎(chǔ)拉梁應(yīng)作為一層輸入，底層計(jì)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(jì)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(jìn)行計(jì)算。基礎(chǔ)拉梁截面及配筋按實(shí)際計(jì)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(qiáng)。另一個(gè)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(shí)（設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免），計(jì)算簡(jiǎn)圖一定要按實(shí)際情況輸入，否則可能會(huì)造成頂部框架柱設(shè)計(jì)不安全。

3.2結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)的選取

3.2.1設(shè)計(jì)基本地震加速度值

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011一2001）中規(guī)定：抗震設(shè)防烈度為7度時(shí)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值分別為0.1g和0.15g兩種，抗震設(shè)防烈度為8度時(shí)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值分別為O.2g和0.3g兩種，這與89規(guī)范差別較大。計(jì)算中應(yīng)嚴(yán)格注意地震區(qū)的劃分，選取正確的設(shè)計(jì)基本地震加速度值，這一項(xiàng)對(duì)地震作用效應(yīng)的影響極大。

3.2.2 結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)

框架結(jié)構(gòu)由于填充墻的存在，使結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度，計(jì)算周期大于實(shí)際周期，因此，算出的地震作用效應(yīng)偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全，因而對(duì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期進(jìn)行折減是必要的。折減系數(shù)可根據(jù)填充墻的材料及數(shù)量選取0.7～0.9。

3.2.3梁剛度放大系數(shù)

SATWE或TAT等計(jì)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(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度，算出的地震剪力偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全。因此計(jì)算時(shí)應(yīng)將梁剛度進(jìn)行放大，放大系數(shù)中梁取2.0、邊梁取1.5為宜。

3.2.4 活荷載的最不利布置

多層框架，尤其是活荷載較大時(shí)，是否進(jìn)行活荷的最不利布置對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大。即使選用程序中給定的梁設(shè)計(jì)彎矩放大系數(shù)，也不一定能反映出工程的實(shí)際受力情況，有可能造成結(jié)構(gòu)不安全或過于保守?？紤]目前的計(jì)算機(jī)計(jì)算速度都比較快，作者建議所有工程都應(yīng)進(jìn)行活荷載的最不利布置計(jì)算。

3.3獨(dú)立梁箍筋計(jì)算結(jié)果需復(fù)核

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2002）中規(guī)定：對(duì)集中荷載作用下的獨(dú)立梁，應(yīng)按公式進(jìn)行計(jì)算，且集中荷載作用點(diǎn)至支座間的箍筋，應(yīng)均勻配置。但SATWE軟件計(jì)算梁箍筋時(shí)，未考慮獨(dú)立梁這一情況，都按公式進(jìn)行計(jì)算，有時(shí)會(huì)造成計(jì)算結(jié)果偏小，設(shè)計(jì)中若遇到有獨(dú)立梁存在的情況，應(yīng)對(duì)梁箍筋的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行手算復(fù)核。

4 設(shè)計(jì)構(gòu)造方面的問題

4.1框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)箍筋配置應(yīng)滿足要求對(duì)于規(guī)范中規(guī)定的框架柱箍筋加密區(qū)的箍筋最小體積配箍率的要求，絕大部分設(shè)計(jì)人員都能給予足夠的重視，但對(duì)于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）中規(guī)定的“一、二、三級(jí)框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)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0.6％、0.5％，0.4％?！痹O(shè)計(jì)中經(jīng)常被忽視，尤其是柱軸壓比不大時(shí)，常常不滿足要求。這一規(guī)定是保證節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)延性的重要構(gòu)造措施，應(yīng)嚴(yán)格遵守。

4.2底層框架柱箍筋加密區(qū)范圍應(yīng)滿足要求建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）中規(guī)定：“底層柱，柱根處箍筋加密區(qū)范圍為不小于柱凈高的1/3”這是新增加的要求，設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)說明

4.3框架梁的縱向配筋率應(yīng)注意

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011一2001）中規(guī)定：“當(dāng)框架梁梁端縱向受拉鋼筋配筋率大于2%時(shí)，梁箍筋最小直徑的數(shù)值應(yīng)比表6.3.3中規(guī)定的數(shù)值增大2mm.”在目前設(shè)計(jì)中，這一規(guī)定常被忽視，造成梁端延性不足。

4.4框架梁上部縱筋端部水平錨固長(zhǎng)度應(yīng)滿足要求

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2002）中規(guī)定：“框架端節(jié)點(diǎn)處，當(dāng)框架梁上都縱筋水平直線段錨固長(zhǎng)度不足時(shí)，應(yīng)伸至柱外邊并向下彎折，彎折前的水平投影長(zhǎng)度不應(yīng)小于0.4LaE.”當(dāng)框架柱截面尺寸小于400×400mm時(shí)，應(yīng)注意梁上部縱筋直徑的選擇，否則這一項(xiàng)要求不容易得到保證。

5 結(jié)束語

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)雖然相對(duì)簡(jiǎn)單，但設(shè)計(jì)中仍有很多需要注意的問題，只有熟練地掌握規(guī)范，并具有良好的結(jié)構(gòu)概念，才能設(shè)計(jì)出既安全又經(jīng)濟(jì)適用的優(yōu)秀作品。