淺談鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)

黃勇進(jìn)

（泰州市第一建設(shè)工程監(jiān)理有限公司，江蘇泰州 225300）

淺談鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)

黃勇進(jìn)

（泰州市第一建設(shè)工程監(jiān)理有限公司，江蘇泰州 225300）

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)因?yàn)橹T多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的運(yùn)用于各種建筑之中。主要介紹鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，以及鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般過程。

框架結(jié)構(gòu)；建筑設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著建筑造型和建筑功能的要求日趨多樣化，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，這些問題有待進(jìn)一步解決和完善[1]。

1 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

框架結(jié)構(gòu)由梁柱桿系構(gòu)成，能夠承受豎向和水平荷載作用的承重結(jié)構(gòu)體系。一般設(shè)計(jì)成雙向梁柱抗側(cè)力體系，主體結(jié)構(gòu)均宜采用剛接模式[2]?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，為協(xié)調(diào)變形和合理分配內(nèi)力，框架結(jié)構(gòu)不宜設(shè)計(jì)成單跨結(jié)構(gòu)[3]。

豎向荷載作用下，框架結(jié)構(gòu)以梁受彎為主要受力特點(diǎn)，梁端彎矩和跨中彎矩成為梁結(jié)構(gòu)的控制內(nèi)力。水平荷載作用下，框架柱承擔(dān)水平剪力和柱端彎矩，并由此產(chǎn)生水平側(cè)移，在梁柱節(jié)點(diǎn)處，由于協(xié)調(diào)變形使梁端產(chǎn)生彎矩和剪力。因此產(chǎn)生于柱上下端截面的軸力、彎矩和剪力是柱的控制內(nèi)力[4]。

2 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般過程

2.1 結(jié)構(gòu)布置——結(jié)構(gòu)方案的確定

（1）柱網(wǎng)布置。框架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)布置既要滿足生產(chǎn)工藝和建筑平面布置的要求，又要使結(jié)構(gòu)受力合理，施工方便[6]。總的原則是均勻、對稱、受力合理、傳力可靠。建筑平面布置主要有內(nèi)廊式、統(tǒng)間式、大寬度式等幾種。與此相應(yīng)，柱網(wǎng)的布置方式可以分為內(nèi)廊式、等跨式、對稱不等跨式等幾種。

（2）承重框架的布置?？拐鹪O(shè)防區(qū)，柱在兩個方向均應(yīng)有梁拉結(jié)，亦即沿房屋縱橫向均應(yīng)布置梁系。因此，實(shí)際的框架結(jié)構(gòu)是一個空間受力體系。但為計(jì)算分析方便起見，把實(shí)際框架結(jié)構(gòu)看成縱橫兩個方向的平面框架?？v向框架和橫向框架分別承受各自方向上的水平力，而樓面豎向荷載則依據(jù)樓蓋結(jié)構(gòu)布置方式的不同而按不同的方式傳遞。對于現(xiàn)澆平板樓蓋，豎向荷載向距離較近的梁上傳遞[7]。

（3）次梁的布置。洞口邊（樓梯，電梯井）、隔墻下要布置次梁。再者，在結(jié)構(gòu)需要的地方，如為滿足板跨4m，也要布置次梁。

（4）初步確定構(gòu)件的截面尺寸。規(guī)范規(guī)定[8]：為了保證剛度，單向板的厚度不應(yīng)小于跨度的1/40（連續(xù)板）、1/35（簡支板） 以及1/12（懸臂板），雙向板的厚度不應(yīng)小于跨度的1/45（簡支板），1/50（連續(xù)板）。目前實(shí)際工程中板厚一般取100mm和120mm兩種尺寸[10]；主梁截面高度h=（1/10～1/15）跨度，寬度b=（1/2～1/3）h；次梁的截面高度h=（1/12～1/18）跨度，寬度b=（1/2～1/3）h。同時(shí)，一般抗震設(shè)防地區(qū)的梁高h(yuǎn)不應(yīng)小于350mm。

對于框架柱截面尺寸的估算，一般根據(jù)軸壓比限值，按照軸心受壓構(gòu)件來初步確定截面的尺寸，考慮彎矩的影響，將軸力乘以1.2～1.4的放大系數(shù)。柱截面尺寸初步確定的經(jīng)驗(yàn)值取法：中柱的截面高度h=1/6H～1/12H，截面寬度b=1h～1/1.5h，其中H為房屋層高。

2.2 結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)

（1）結(jié)構(gòu)分析基本原則。結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)計(jì)算和按正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)按國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的作用（荷載）對結(jié)構(gòu)的整體進(jìn)行作用（荷載）效應(yīng)分析；必要時(shí)，尚應(yīng)對結(jié)構(gòu)中受力狀況特殊的部分進(jìn)行更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析。

結(jié)構(gòu)分析中所采用的各種簡化和近似假定，應(yīng)有理論或試驗(yàn)的依據(jù)，或經(jīng)工程實(shí)踐驗(yàn)證。計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確程度應(yīng)符合工程設(shè)計(jì)的要求。結(jié)構(gòu)分析應(yīng)符合下列要求：滿足力學(xué)平衡條件；在不同程度上符合變形協(xié)調(diào)條件，包括節(jié)點(diǎn)和邊界的約束條件；采用合理的材料或構(gòu)件單元的本構(gòu)關(guān)系。

深基坑支護(hù)技術(shù)作為土建基礎(chǔ)施工過程中的常見技術(shù)手段，其應(yīng)用效果直接決定最終建筑物的工程質(zhì)量。從作用上來看其具有穩(wěn)定內(nèi)部結(jié)構(gòu)、維持建筑平衡、提升應(yīng)用安全性等效果，所以本文討論深基坑支護(hù)常見幾種技術(shù)的應(yīng)用對于我國土建施工水平的提高具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

（2）結(jié)構(gòu)分析的方法。結(jié)構(gòu)分析時(shí)，宜根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、構(gòu)件布置、材料性能和受力特點(diǎn)等選擇下列方法：線彈性分析方法；考慮塑性內(nèi)力重分布的分析方法；塑性極限分析方法；非線性分析方法；試驗(yàn)分析方法。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容一般包括屋蓋、樓蓋的設(shè)計(jì)；框架設(shè)計(jì)；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)三大部分。

3 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個注意點(diǎn)

根據(jù)框架結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)，在進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，國際上流行采用“三統(tǒng)一”的原則，即“統(tǒng)一柱面、統(tǒng)一層高、統(tǒng)一荷載”的模式設(shè)計(jì)[8]。

在體系的選擇方面：

（1）由于在發(fā)生地震時(shí)，框架柱首當(dāng)其沖，一旦出現(xiàn)塑性鉸，將危及該柱距范圍內(nèi)的上層建筑，并可能引起相鄰柱距范圍的上層建筑連續(xù)倒塌，所以框架結(jié)構(gòu)不宜采用單跨形式；且縱橫兩個方向的水平地震作用都由抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)，結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成雙向框架體系；

（2）框架結(jié)構(gòu)的柱與梁宜上下左右貫通，不宜采用復(fù)式框架；以及磚混框—剪結(jié)構(gòu)。

（3） 在填充墻的布置方面：宜采用輕質(zhì)材料，且應(yīng)避免形成上、下層剛度變化過大；避免形成短柱；減少因抗側(cè)剛度偏心所造成的扭轉(zhuǎn)。

在建筑設(shè)計(jì)方面：

（1） 要先對建筑外觀、建筑面積、建筑高度、層高和室內(nèi)凈高進(jìn)行設(shè)計(jì)；

（2） 然后對局部進(jìn)行設(shè)計(jì)，如地下室墻身、樓地面、頂棚、屋面、樓面、坡面及樓梯位置，消防要求等進(jìn)行設(shè)計(jì)。各部分都要按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（3）最后要明確框架結(jié)構(gòu)的抗震級數(shù)，采用規(guī)則結(jié)構(gòu)以利于房屋抗震，按照“三統(tǒng)一”的原則，確定柱網(wǎng)尺寸，確定材料及截面尺寸，以及基礎(chǔ)的選定。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面：

（1）首先根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求選取不同的荷載代表值來進(jìn)行承載力計(jì)算

（2） 進(jìn)行變形驗(yàn)算。

（3） 進(jìn)行橫向水平與縱向水平地震的作用計(jì)算。

在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)：

（1）首先要正確地閱讀和使用地質(zhì)報(bào)告熟悉勘察報(bào)告的主要內(nèi)容，了解勘察結(jié)論和計(jì)算指標(biāo)的可靠程度，進(jìn)而判斷報(bào)告中的建議對該項(xiàng)工程的適用性。這里，要把場地的工程地質(zhì)條件與擬建建筑物的具體情況和要求聯(lián)系起來進(jìn)行綜合分析。在滿足承載力和變形的基本要求下，盡量采用比較經(jīng)濟(jì)的天然地基上的淺基礎(chǔ)。地基持力層的選擇應(yīng)從地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的整體性出發(fā)，綜合考慮場地土層的分布情況及穩(wěn)定性，土層的物理力學(xué)性質(zhì)，建筑物的體型、結(jié)構(gòu)類型和荷載性質(zhì)與大小，還要考慮地下水的影響[9]。

（2）一般先由地基承載力和變形確定基礎(chǔ)底面尺寸，然后再進(jìn)行基礎(chǔ)截面設(shè)計(jì)驗(yàn)算?；A(chǔ)高度由混凝土抗沖切和剪切條件確定，基礎(chǔ)配筋則由基礎(chǔ)驗(yàn)算截面的抗彎能力確定。除滿足計(jì)算要求以外，還要滿足一些規(guī)范規(guī)定的構(gòu)造要求。要注意的是，在確定基礎(chǔ)底面尺寸或計(jì)算基礎(chǔ)沉降時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)地面以下基礎(chǔ)及其上覆土重力的作用；而在進(jìn)行基礎(chǔ)截面設(shè)計(jì)中，應(yīng)采用不計(jì)上覆土重力作用時(shí)的地基凈反力進(jìn)行計(jì)算。

（3）在地基處理時(shí)，要針對地質(zhì)報(bào)告條件和水文地質(zhì)條件選用合適的地基處理方法。要特別注意所選的方法必須符合土力學(xué)的基本原理和重視當(dāng)?shù)氐膶?shí)際工程經(jīng)驗(yàn)。要有長期荷載重心和基礎(chǔ)形心盡量相重合的概念。要有基礎(chǔ)整體性的概念，通過增設(shè)基礎(chǔ)連系梁和基礎(chǔ)圈梁等措施來保證。[10]

最后，設(shè)計(jì)人員還要進(jìn)行“三水準(zhǔn)、兩階段”設(shè)計(jì)方法進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)：

（1） 做好“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)。由于框架柱受軸向壓力作用，其延性通常比梁的延性小，一旦框架柱先于框架梁出現(xiàn)塑性鉸，就會產(chǎn)生較大的層間位移，甚至形成同層各柱上下端同時(shí)出現(xiàn)塑性鉸的“柱鉸結(jié)構(gòu)”，從而危及結(jié)構(gòu)承受垂直荷載的能力

（2） 做好“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)。為了防止梁端，柱端在彎曲屈服前出現(xiàn)脆性剪切破壞，在設(shè)計(jì)中要求做到“強(qiáng)剪弱彎”亦即構(gòu)件的受剪承載力要大于構(gòu)件彎曲時(shí)實(shí)際達(dá)到的剪力。

4 結(jié)束語

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍有許多需要注意的問題，只有熟練地掌握相關(guān)規(guī)范，并具有良好的結(jié)構(gòu)概念，才能設(shè)計(jì)出即安全又經(jīng)濟(jì)適用的優(yōu)秀作品。

[1]沈蒲生.建筑工程畢業(yè)設(shè)計(jì)指南[M].北京:高等教育出版社,2007.

[2]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002）[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[3]建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2001）[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[4]東南大學(xué).混凝土結(jié)構(gòu)（上冊）（第三版）[M].北京:中國建筑

工業(yè)出版社,2005.

[5]蔣魯蓉.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)問題的初步探討[J].山西建筑,2008,34（1）:85-86.

[6]東南大學(xué),天津大學(xué),同濟(jì)大學(xué).混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].

北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

[7]趙順波.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社.2004.[8]鐘彩霞.淺析框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].廣州科技建筑與設(shè)計(jì)專版,2007,167:89-90.

[9]吳有來.淺談地基處理及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)[J].廣東建材建筑設(shè)

計(jì)與裝飾,2006,11:95-97.

[10]趙明華.基礎(chǔ)工程[M].北京:高等教育出版社,2004.

Discussion about the Reinforced Concrete Frame Structure

HUANG Yong-jin
（The First Construction Supervision Co.,Ltd Of Taizhou,Taizhou Jiangsu 225300,China）

It is because the reinforced concrete frame structure has lots of advantages that it can be applied in many kinds of buildings.This article mainly introduced the reinforced concrete portal frame construction stress form.AnDAlso process of the design of reinforced concrete frame is introduced.

frame structure;architectural design;structure design

TU 37

A

1671-0142（2011）02-0058-03

黃勇進(jìn)（1975-），男，江蘇姜堰人，助理工程師.

（責(zé)任編輯施 翔）