建筑工程框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李旭亮 田 豐

（大慶市薩爾圖區(qū)，黑龍江 大慶 163311）

1 框架結(jié)構(gòu)的概念及特點(diǎn)

框架結(jié)構(gòu)住宅是指以鋼筋混凝土澆搗成承重梁柱，再用預(yù)制的加氣混凝土、膨脹珍珠巖、浮石、蛭石、陶爛等輕質(zhì)板材隔墻分戶裝配成而的住宅。適合大規(guī)模工業(yè)化施工，效率較高，工程質(zhì)量較好?？蚣芙Y(jié)構(gòu)由梁柱構(gòu)成，構(gòu)件截面較小，因此框架結(jié)構(gòu)的承載力和剛度都較低，它的受力特點(diǎn)類似于豎向懸臂剪切梁，樓層越高，水平位移越慢，高層框架在縱橫兩個(gè)方向都承受很大的水平力，這時(shí)，現(xiàn)澆樓面也作為梁共同工作的，裝配整體式樓面的作用則不考慮，框架結(jié)構(gòu)的墻體是填充墻，起圍護(hù)和分隔作用，框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是能為建筑提供靈活的使用空間，但抗震性能差。

房屋框架結(jié)構(gòu)分類。房屋的框架按跨數(shù)分有單跨、多跨；按層數(shù)分有單層、多層；按立面構(gòu)成分有對(duì)稱、不對(duì)稱；按所用材料分有鋼框架、鋼筋混凝土框架、預(yù)應(yīng)力混凝土框架、膠合木結(jié)構(gòu)框架或鋼與鋼筋混凝土混合框架等。

房屋框架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。水平方向仍然是樓板，然后樓板應(yīng)該搭在這個(gè)梁上，梁支撐在兩邊的柱子上，這就把重量遞給了柱子，沿著高度方向傳到基礎(chǔ)的部分，即梁、板、柱構(gòu)成的承重體系。框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)非常突出：所有的墻都不承重跟廠房的承重沒(méi)有關(guān)系，那個(gè)承重，是板搭在梁上，梁傳給了柱子，墻都是后坐上去的用于其他的輕質(zhì)材料，墻都不會(huì)承重，應(yīng)用的時(shí)候都很靈活，如想要大房間不要墻，就要大房間，不想要大房間，想要小的，就可以在其中用其它的輕質(zhì)材料來(lái)進(jìn)行房間的劃分，房間劃分成若干個(gè)小房間，因此它的墻不承重，及起著一個(gè)劃分空間的作用，僅起著一個(gè)保溫，隔熱，隔聲的部分。注意：框架結(jié)構(gòu)：指梁、板、柱的承重體系。適應(yīng)于大房間的教學(xué)樓等?？蚣艚Y(jié)構(gòu)。由框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)兩種不同的抗側(cè)力組成的一種新的受力形式,剪力墻再也不是剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻,框架再也不是純框架結(jié)構(gòu)中的框架。混合結(jié)構(gòu)。是指承重的主要構(gòu)件是用鋼筋混凝土和磚木建造的。如一幢房屋的梁是用鋼筋混凝土制成，以磚墻為承重墻，或者梁是用木材建造，柱是用鋼筋混凝土建造。

2 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)注意幾個(gè)問(wèn)題

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(guò)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。

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(méi)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(guò)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(guò)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。

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(wèn)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(guò)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(guò)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?jiàn)新規(guī)范。

3 解決好結(jié)構(gòu)計(jì)算相關(guān)問(wèn)題

3.1 選取好結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)

設(shè)計(jì)基本地震加速度值。《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）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0.2g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。

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。

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。

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(guò)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。獨(dú)立梁箍筋計(jì)算結(jié)果需復(fù)核?！痘炷两Y(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。

3.2 處理好計(jì)算簡(jiǎn)圖

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(lái)計(jì)算。但是，當(dāng)基礎(chǔ)埋深過(guò)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(wú)樓板，應(yīng)開(kāi)洞處理，并采用總剛分析方法進(jìn)行計(jì)算?；A(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)。

4 關(guān)于構(gòu)造方面的問(wèn)題

框架梁的通常面積配筋率ρsv不滿足規(guī)范要求。GB 5001022002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范11.3.9明確規(guī)定了最小面積配筋率，容易被忽視。如：二級(jí)框架，500mm×800mm，C40，非加密區(qū)箍筋<8@200，四肢箍要求ρsv≥0.28ft/fyv=(0.28×1.71)/210=0.00228，實(shí)際 ρsv=(50.3×4)/(200×500)=0.00200<0.00228，不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范。

當(dāng)框架梁端縱向受拉筋配筋率大于2%時(shí)，箍筋直徑?jīng)]有增大2mm，計(jì)中經(jīng)常碰到梁端縱向受拉筋配筋率大于2%的情況，往往不注意GB 5001022002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范11.3.623的規(guī)定，導(dǎo)致箍筋直徑偏小。如：某二級(jí)框架梁截面尺寸為250mm×400mm，梁端負(fù)筋為 4Φ25，混凝土為 C30，箍筋為<8@100，可知梁端縱向受拉筋配筋率為 (490.9×4)/(250×365)=2.15%>2%，故箍筋直徑應(yīng)至少為10mm，原配箍筋直徑偏小。

框架梁加密區(qū)箍筋肢距不滿足規(guī)范要求。如：寬300mm框架梁，箍筋為<10@100，兩肢箍，此時(shí)箍筋肢距為260mm。當(dāng)抗震等級(jí)為1級(jí)～3級(jí)時(shí)，不滿足GB 5001022002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范11.3.8的規(guī)定，應(yīng)在加密區(qū)范圍內(nèi)加一根拉筋，成三肢箍，可滿足要求。

[1]楊宗敏.框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].科技信息，2009-04-15.