鋼筋混凝土框架結構研究

張學峰 李 鑫

0 引言

對于框架結構的內力，目前多采用計算機輔助軟件來進行分析和計算，但是目前有的工程設計人員過分地依賴計算機的計算結果，而缺少獨立分析問題、解決問題的能力，致使在一些圖紙中出現(xiàn)不必要的問題，為以后事故的發(fā)生埋下隱患。

計算模型的建立、必要的簡化計算與處理，應符合結構的實際工作狀況。計算軟件的技術條件應符合本規(guī)范及有關標準的規(guī)定。

本文就多層框架電算結果中梁、柱的配筋調整和設計中的要點進行了分析，希望引起工程設計及施工技術人員的注意。

1 框架結構特點

1.1 框架結構的主要優(yōu)點

空間分隔靈活，自重輕，有利于抗震，節(jié)省材料;具有可以較靈活地配合建筑平面布置的優(yōu)點，利于安排需要較大空間的建筑結構;框架結構的梁、柱構件易于標準化、定型化，便于采用裝配整體式結構。

1.2 框架結構體系的缺點

框架節(jié)點應力集中顯著;框架結構的側向剛度小，屬柔性結構框架，在強烈地震作用下，結構所產生水平位移較大，易造成嚴重的非結構性破性;鋼材和水泥用量較大，工序多，浪費人力，施工受季節(jié)、環(huán)境影響較大;其總體水平位移上大下小，設計時如何提高框架的抗側剛度及控制好結構側移為重要因素。故一般適用于建造不超過15層的房屋。

2 框架結構構造措施

2.1 框架梁截面宜符合的要求

1)截面寬度不宜小于200 mm;2)截面高寬比不宜大于4;3)凈跨與截面高度之比不小于4。

2.2 梁的鋼筋配置

1)梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不應大于2.5%。且計入受壓鋼筋的梁端混凝土受壓區(qū)高度和有效高度之比，一級不應大于0.25，二、三級不應大于 0.35。

2)梁端截面的底面和頂面縱向鋼筋配筋量的比值，除按計算確定外，一級不應小于0.5，二、三級不應小于0.3。

3)梁端箍筋加密區(qū)的長度、箍筋最大間距和最小直徑應按抗震規(guī)范表12-29采用，當梁端縱向受拉鋼筋配筋率大于2%時，表中箍筋最小直徑數(shù)值應增大2 mm。

2.3 梁的縱向鋼筋配置

1)沿梁全長頂面和底面的配筋，一、二級不應少于2φ4，且分別不應少于梁兩端頂面和底面縱向配筋中較大截面面積的1/4，三、四級不應少于2φ12。

2)一、二級框架梁內貫通中柱的每根縱向鋼筋直徑，對矩形截面柱，不宜大于柱在該方向截面尺寸的1/20;對圓形截面柱，不宜大于縱向鋼筋所在位置柱截面弦長的1/20。

2.4 梁端加密區(qū)的箍筋肢距

一級不宜大于200 mm和20倍箍筋直徑的較大值，二、三級不宜大于250 mm和20倍箍筋直徑的較大值，四級不宜大于300 mm。

2.5 框架柱截面及配筋

1)截面的寬度和高度均不宜小于300 mm;圓柱直徑不宜小于350 mm。2)柱縱向鋼筋的最小總配筋率應按抗規(guī)表12-31采用，同時每一側配筋率不應小于0.2%;對建造于Ⅳ類場地且較高的高層建筑中的數(shù)值應增加0.1。3)二級框架柱的箍筋直徑不小于10 mm且箍筋肢距不大于200 mm時，除柱根外最大間距應允許采用150 mm;三級框架柱的截面尺寸不大于400 mm時，箍筋最小直徑應允許采用6 mm;四級框架柱剪跨比不大于2時，箍筋直徑不應小于8 mm。4)框支柱和剪跨比不大于2的柱，箍筋間距不應大于100 mm。

2.6 柱的縱向鋼筋配置

1)宜對稱配置。2)截面尺寸大于400 mm的柱，縱向鋼筋間距不宜大于200 mm。柱總配筋率不應大于5%。3)一級且剪跨比不大于2的柱，每側縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2%。4)邊柱、角柱及抗震墻端柱在地震作用組合下產生小偏心受拉。

2.7 柱的箍筋加密范圍

1)柱端，取截面高度(圓柱直徑)，柱凈高的1/6和500 mm三者的最大值。2)底層柱，柱根不小于柱凈高的1/3;當有剛性地面時，除柱端外尚應取剛性地面上下各500 mm。3)剪跨比不大于2的柱和因設置填充墻等形成的柱凈高與柱截面高度之比不大于4的柱，取全高。4)框支柱，取全高。5)一級及二級框架的角柱，取全高。

2.8 柱箍筋加密區(qū)的箍筋肢距

一級不宜大于200 mm，二、三級不宜大于250 mm和20倍箍筋直徑的較大值，四級不宜大于300 mm。至少每隔一根縱向鋼筋宜在兩個方向有箍筋或拉筋約束;采用拉筋復合箍時，拉筋宜緊靠縱向鋼筋并鉤住箍筋。

3 框架結構的設計要點及原則

3.1 柱網布置及截面估算

3.1.1 布置要求

1)滿足建筑使用要求。2)結構受力明確。3)布置要盡可能對稱。4)非承重隔墻采用軟質材料，減輕自重。5)構件類型，尺寸的規(guī)格盡量均稱。

3.1.2 結構的合理布置

1)確定橫向框架承重、或縱向框架承重、或縱橫向框架承重。2)合理布置柱網，估算荷載以確定框架柱截面，和確定框架梁截面。3)估算基礎埋深，以確定一層結構計算層高。

3.2 結構計算參數(shù)的選取

3.2.1 結構周期折減系數(shù)

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(shù)可根據(jù)填充墻的材料及數(shù)量選取0.7～0.9。

3.2.2 梁剛度放大系數(shù)

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形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(shù)中梁取2.0、邊梁取1.5 為宜。

3.3 設計原則

3.3.1 滿足“六種比值”

1)軸壓比:主要為控制結構的延性，規(guī)范對墻肢和柱均有相應限值要求。2)剪重比:主要為控制各樓層最小地震剪力，確保結構安全性。3)剛度比:主要為控制結構豎向規(guī)則性，以免豎向剛度突變，形成薄弱層。4)位移比:主要為控制結構平面規(guī)則性，以免形成扭轉，對結構產生不利影響。5)周期比:主要為控制結構扭轉效應，減小扭轉對結構產生的不利影響。6)剛重比:主要為控制結構的穩(wěn)定性，以免結構產生滑移和傾覆。

3.3.2 關于“強剪弱彎”措施

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(xiàn)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(guī)范要求。

3.3.3 關于強柱弱梁節(jié)點

為了實現(xiàn)在罕遇地震作用下，讓梁端形成塑性鉸，柱端處于非彈性工作狀態(tài)，而沒有屈服，但節(jié)點還處于彈性工作階段。強柱弱梁措施的強弱，也就是相對于梁端截面實際抗彎能力而言柱端截面抗彎能力增強幅度的大小，是決定由強震引起柱端截面屈服后塑性轉動能否不超過其塑性轉動能力，而且不致形成“層側移機構”，從而使柱不被壓潰的關鍵控制措施。

3.4 對電算結果進行分析和研究

3.4.1 梁、柱的適宜配筋率

框架梁的配筋在設計中應掌握“適中”的原則，一般情況下其配筋率宜取0.4%～1.5%，框架柱的全部縱向受力鋼筋的配筋率宜取1%～3%。

3.4.2 框架柱配筋的調整

1)角柱、邊柱及抗震墻端柱在地震作用組合下產生偏心受拉時，其柱內縱筋總截面面積應比計算值增大25%。2)框架柱的配筋可放大1.2倍～1.6倍，其中角柱 1.4倍，邊柱1.3倍，中柱1.2倍。3)框架柱的箍筋形式應選用菱形或井字形，以增強箍筋對混凝土的約束。

3.5 框架結構設計中應注意的其他問題

1)在框架結構中不允許采用兩種不同的結構形式，樓、電梯間、局部凸出屋頂?shù)姆块g，均不得采用磚墻承重。2)加強短柱的構造措施。3)填充墻拉筋和預埋件等不應與框架梁、柱的縱向鋼筋焊接，宜采用在柱內預留預埋件，待砌筑填充墻時再將拉結筋與之焊接的施工方法。

4 結語

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，只有熟練掌握規(guī)范，并在工程實踐中不斷總結、積累，才能使框架結構設計更加合理，配筋適宜，滿足“技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量”的要求。

［1］GB 50010-2002，混凝土結構設計規(guī)范［S］.

［2］GBJ 10-89，混凝土結構設計規(guī)范［S］.

［3］GB 50011-2001，建筑抗震設計規(guī)范［S］.

［4］GB 50009-2001，建筑結構荷載規(guī)范［S］.

［5］GB/T 50104-2001，建筑制圖標準［S］.

［6］胡建國.多層輕鋼結構框架設計［J］.山西建筑，2009，35(19):79-80.