淺析混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

萬(wàn)昌松

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活質(zhì)量以及建筑要求都在不斷提高，這使得混凝土框架結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。隨著建筑功能和建筑造型要求日趨多樣化，無(wú)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越來(lái)越多。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)的、全面的工作，同時(shí)也是建設(shè)工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)安全、建筑結(jié)構(gòu)使用功能等方面。因此，相關(guān)工作人員需要扎實(shí)的理論知識(shí)作為基礎(chǔ)，同時(shí)需要靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。本文針對(duì)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該注意的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：混凝土；框架結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，混凝土框架結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想也在不斷更新。作為目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一，混凝土框架結(jié)構(gòu)由梁和柱剛性連接的骨架所組成，而且框架的連接點(diǎn)是剛節(jié)點(diǎn)，具有幾何不變的特性。因此，混凝土框架結(jié)構(gòu)是一種抗風(fēng)、抗震較好的結(jié)構(gòu)體系，而且建筑平面布置靈活，能夠使用的空間相對(duì)較大，延性較好易于滿足建筑物房間設(shè)置的相關(guān)要求，不僅在工業(yè)建筑，而且在民用建筑中都被廣泛應(yīng)用。但是，在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，仍然存在著一些概念性和實(shí)際性的問(wèn)題需要設(shè)計(jì)人員予以高度重視，以確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1.混凝土框架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

無(wú)論是工業(yè)建筑還是民用建筑，對(duì)于建筑混凝土框架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，主要應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)要求：①工程的基本概況以及標(biāo)高；②建筑所用的材料，主要包括混凝土、鋼材以及焊條等常用材料和有特殊要求時(shí)的附加材料；③設(shè)計(jì)依據(jù)，主要是指相關(guān)的文件、圖集、規(guī)范以及氣象條件；考慮到設(shè)計(jì)安全，則應(yīng)該注意抗震設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)、結(jié)構(gòu)安全等級(jí)、設(shè)計(jì)使用年限以及混凝土環(huán)境類別等；對(duì)于設(shè)計(jì)基礎(chǔ)還應(yīng)該交代地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)、回填土要求以及地基情況及承載力等；④應(yīng)該特別注意混凝土保護(hù)層厚度、選用詳圖、圖紙中相關(guān)說(shuō)明以及通用詳圖或節(jié)點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)注意在施工過(guò)程中圖中并未畫出而通過(guò)說(shuō)明來(lái)表達(dá)的信息和施工時(shí)注意事項(xiàng)、相關(guān)卷冊(cè)等等。

2.混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

2.1框架結(jié)構(gòu)選擇主要因素

框架結(jié)構(gòu)由于其抗側(cè)剛度較差，因此在地震區(qū)不宜設(shè)計(jì)較高的框架結(jié)構(gòu)。在Ⅶ度（0.15g）設(shè)防區(qū)，對(duì)于一般民用建筑，層數(shù)不宜超過(guò)7層，總高度不宜超過(guò)28m。在Ⅷ度（0.3g）設(shè)防區(qū)，層數(shù)不宜超過(guò)5層，總高度不宜超過(guò)20m。超過(guò)以上數(shù)據(jù)時(shí)雖然計(jì)算指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，但是不經(jīng)濟(jì)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系是介于砌體結(jié)構(gòu)與框架一剪力墻結(jié)構(gòu)之間的可選結(jié)構(gòu)體系?？蚣芙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、方便施工的原則（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則）。

2.2抗震等級(jí)的選取

地震作用應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求，通常情況下，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為Ⅵ～Ⅷ度時(shí)，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求。然而，在選取抗震等級(jí)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)選錯(cuò)抗震等級(jí)的情況，這直接關(guān)系到建筑物的安全使用，所以相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮各方面影響因素，保證對(duì)抗震等級(jí)進(jìn)行合理選取。關(guān)于水平地震作用以及結(jié)構(gòu)側(cè)移大小的影響因素，應(yīng)從各個(gè)方面進(jìn)行考慮，例如地震烈度、建筑場(chǎng)地類別、建筑物高度等因素。同時(shí)，建筑物的使用性能的重要性也影響著水平地震作用以及結(jié)構(gòu)側(cè)移大笑。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為保證建筑物真正達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)的目的，規(guī)范根據(jù)影響因素可以將框架結(jié)構(gòu)分為不同的抗震等級(jí)，如表1所示。

對(duì)于抗震驗(yàn)算時(shí)，不同的樓蓋及布置決定了不同的驗(yàn)算方法，可以根據(jù)具體情況選擇采用剛性、柔性以及剛?cè)崂碚撚?jì)算。

2.3結(jié)構(gòu)平面、豎向布置

作為框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要部分，對(duì)梁、柱的截面尺寸的選擇是相當(dāng)關(guān)鍵的，必須按照相關(guān)規(guī)范要求取值范圍進(jìn)行取值。設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)保證其具有必要的剛度、承載力、穩(wěn)定性、延性及耗能等性能，進(jìn)而能夠確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的抗震安全。通常情況下，為了滿足縱橫兩個(gè)方向的風(fēng)荷載或地震作用，在設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)過(guò)程中宜設(shè)計(jì)成雙向梁柱剛架體系；在鉸接排架方向應(yīng)設(shè)置支撐或抗震墻，以保證結(jié)構(gòu)的承載力、剛度和穩(wěn)定。框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)合理地布置抗側(cè)力構(gòu)件，進(jìn)而減少地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜保證其變化相對(duì)均勻，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小；在保證具有良好的整體性前提下，平面布置應(yīng)盡量規(guī)則、對(duì)稱。

2.4振型組合數(shù)的選取

對(duì)于建筑層數(shù)較多，當(dāng)不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)，振型數(shù)應(yīng)大于等于3；當(dāng)振型數(shù)多于3時(shí)，宜取為3的倍數(shù)，但應(yīng)小于層數(shù)。當(dāng)房屋層數(shù)小于等于2時(shí)，振型數(shù)可取層數(shù)。當(dāng)建筑不規(guī)則，當(dāng)考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)，振型數(shù)應(yīng)大于等于9，但是應(yīng)小于結(jié)構(gòu)層的3倍，只有定義彈性樓板且按總剛分析法分析時(shí)，才可以取更多的振型。同時(shí)，根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，振型數(shù)可以取振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量90%所需的振型數(shù)。

3.相關(guān)框架結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)

3.1框架外挑梁配筋設(shè)計(jì)

由于占地面積的限制、使用功能的要求或結(jié)構(gòu)上的原因，通常工程上在框架的梁端設(shè)計(jì)挑梁。由于框架梁的荷載與外挑梁的實(shí)際荷載值不同，因而框架梁與外挑梁的斷面尺寸會(huì)有所不同，而部分設(shè)計(jì)人員在繪圖時(shí)只是簡(jiǎn)單地將框架梁上的某些主筋向外挑梁延伸，這會(huì)造成有些主筋根本無(wú)法伸進(jìn)挑梁，此類差錯(cuò)通常在施工時(shí)才會(huì)暴露出來(lái)，但為時(shí)已晚，許多鋼筋已截?cái)喑尚?，在影響了施工進(jìn)度的同時(shí)，也可能造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

框架梁外挑梁下常設(shè)置鋼筋混凝土柱?？蚣茉O(shè)計(jì)中在對(duì)柱的內(nèi)力和配筋進(jìn)行計(jì)算，由于部分設(shè)計(jì)人員對(duì)其受力概念理解不徹底，誤認(rèn)為此為構(gòu)造柱，并且其配筋為構(gòu)造配筋，這樣有可能導(dǎo)致水平荷載作用下承載力不足，進(jìn)而有可能發(fā)生安全事故。

3.2懸挑梁和主梁上的次梁設(shè)計(jì)

由于原先次梁的上層鋼筋在主梁鋼筋的上側(cè)，而由主梁延伸出的懸挑梁上層鋼筋理論上來(lái)說(shuō)應(yīng)該處于次梁的下側(cè)，因此，造成懸挑梁構(gòu)件鋼筋保護(hù)層厚度過(guò)大。其主要原因是由于鋼筋設(shè)計(jì)和操作工人控制等因素造成現(xiàn)場(chǎng)懸挑梁的鋼筋保護(hù)層過(guò)大，進(jìn)而造成對(duì)懸挑構(gòu)件的受力的不合理，而由此可見(jiàn)懸挑構(gòu)件鋼筋保護(hù)層厚度是施工控制的關(guān)鍵。由于在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中準(zhǔn)確控制懸挑梁鋼筋的保護(hù)層厚度存在一定的困難，因此設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須要考慮懸挑梁保護(hù)層厚度過(guò)大的不利因素，同時(shí)還要和施工單位密切注意懸挑梁的上鐵保護(hù)層，共同努力來(lái)減小誤差。

4.結(jié)束語(yǔ)

在我國(guó)現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，無(wú)論是在保證建筑外觀形態(tài)方面還是在保障建筑安全方面，框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都占有重要戰(zhàn)略位置。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(wèn)題。因此，在進(jìn)行混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證建筑物的結(jié)構(gòu)安全，相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須判斷結(jié)構(gòu)方案的可行性，對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)防，同時(shí)對(duì)可能碰到的問(wèn)題提前制定解決措施，并對(duì)所有計(jì)算結(jié)構(gòu)綜合分析、總結(jié)，準(zhǔn)確無(wú)誤后方可交予施工方應(yīng)用于實(shí)際工程。綜上所述，相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須熟練地掌握規(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。

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收稿日期：2013-4-10