多高層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)體會(huì)

摘 要：框架結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用的一種重要的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用于多高層建筑中。本文針對(duì)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些問題，結(jié)合筆者近年來參與了十余棟多高層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的體會(huì)進(jìn)行探討，并提出在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中控制含鋼量的一些措施，以期達(dá)到合理經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)目的。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)計(jì)算 梁柱調(diào)整 結(jié)構(gòu)構(gòu)造 配筋率 含鋼量

中圖分類號(hào)： TU973 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）10-0120-02

1結(jié)構(gòu)計(jì)算注意問題

當(dāng)采用SATWE程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，應(yīng)采用符合實(shí)際情況的樓板剛度計(jì)算假定。對(duì)于大多數(shù)規(guī)則的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在計(jì)算樓層的最大層間位移時(shí)，可假定樓板平面內(nèi)剛度無限大，在程序中選擇“對(duì)所有樓層強(qiáng)制采用剛性樓板假定”，目的在于避免由于局部振動(dòng)的存在而影響結(jié)構(gòu)位移比的計(jì)算，該做法可使計(jì)算過程和結(jié)果大為簡化且滿足計(jì)算要求精度。

但對(duì)于樓板形狀復(fù)雜的工程，例如有效寬度較窄、有狹長或大開洞、存在局部弱連接部位等，此時(shí)樓板剛度會(huì)有較大削弱，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）簡稱（高規(guī)）第3.4.6條規(guī)定及條文說明，應(yīng)考慮樓板變形影響的計(jì)算方法，程序應(yīng)采用“彈性樓板假定”計(jì)算，并按照實(shí)際樓板剛度選擇“彈性板”或“彈性膜”等，同時(shí)水平地震作用應(yīng)采用總剛分析方法計(jì)算，并在結(jié)構(gòu)構(gòu)造上采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施?；蛘吒鶕?jù)高規(guī)第5.1.5條規(guī)定，對(duì)采用樓板面內(nèi)無限剛性假定計(jì)算方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，一般可適當(dāng)增大樓板削弱部位的結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算內(nèi)力，加強(qiáng)配筋和構(gòu)造措施。

結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，根據(jù)《建筑抗震規(guī)范》（GB50011-2010）（簡稱抗震規(guī)范）第3.4.3及5.1.1條規(guī)定，在考慮偶然偏心的情況下，當(dāng)樓層的彈性水平位移比大于1.3 時(shí)，應(yīng)計(jì)入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響，此時(shí)在程序中應(yīng)勾選“考慮雙向地震作用”。另外應(yīng)注意在計(jì)算樓層層間最大水平位移與層高之比時(shí)，根據(jù)高規(guī)第3.7.3條規(guī)定，可不考慮偶然偏心影響。

在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，要注意計(jì)算的荷載對(duì)周邊結(jié)構(gòu)的影響應(yīng)與實(shí)際相符，避免由于荷載錯(cuò)漏而造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算錯(cuò)誤。例如：計(jì)算衛(wèi)生間等隔墻較密的樓板荷載，樓板上隔墻的等效荷載計(jì)算偏?。挥?jì)算梁上荷載按照填充墻容重及墻厚計(jì)算其線荷載，對(duì)于有門窗部位宜按照實(shí)際門窗面積與填充墻面積的比例計(jì)算荷載折減系數(shù)；計(jì)算樓梯荷載若按等效板面荷載輸入時(shí)，可能會(huì)造成某些樓梯邊梁荷載分配偏小，容易造成抗震薄弱部位，尤其對(duì)于框架結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)偏于不安全，應(yīng)加強(qiáng)配筋。特別注意的是在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，根據(jù)抗震規(guī)范第6.1.15規(guī)定，應(yīng)考慮樓梯構(gòu)件對(duì)整體結(jié)構(gòu)剛度的影響。

（4）當(dāng)計(jì)算面積較大的異形板時(shí)，應(yīng)采用不同的計(jì)算軟件復(fù)核其轉(zhuǎn)角位及樓板跨中撓度及裂縫，并宜適當(dāng)加強(qiáng)配筋。當(dāng)計(jì)算的懸臂梁跨度較大、受荷較大時(shí)，應(yīng)特別注意要補(bǔ)充驗(yàn)算該梁在長期荷載效應(yīng)下的撓度及裂縫。

2梁、柱調(diào)整

2.1 梁、柱截面

在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，根據(jù)教材建議的柱、梁截面尺寸的取值范圍，結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)對(duì)所有構(gòu)件的截面估算。例如某3層的框架結(jié)構(gòu)，8mx8m的柱網(wǎng)，每層的柱軸力設(shè)計(jì)值約1600～1800KN，C30混凝土的500方柱大概可以承受3000KN左右的軸壓力，此時(shí)軸壓比在0.8左右，再根據(jù)設(shè)計(jì)需要調(diào)整截面。如此類推，根據(jù)層高、混凝土等級(jí)等可估算出柱子截面。

一般梁高是梁寬的2～3倍，不宜超過4倍，主梁一般≥250mm，有時(shí)會(huì)配合建筑墻厚做成200mm寬。對(duì)于一些大跨度公建，梁寬應(yīng)適當(dāng)放寬，對(duì)抗剪有利，也符合“強(qiáng)剪弱彎”的原則。

2.2 適宜配筋率

在梁配筋率一定時(shí)，根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)分析表明，選用小直徑的鋼筋可以增加混凝土的握裹面積、減少梁的裂縫寬度，且方便混凝土澆筑。而對(duì)于柱配筋宜采用大直徑的鋼筋，滿足“強(qiáng)柱弱梁”的原則。為滿足框架梁“強(qiáng)剪弱彎”的原則，具體在調(diào)整梁的配筋時(shí)可適當(dāng)按照以下思路調(diào)整：a.梁端負(fù)彎矩鋼筋按照實(shí)際計(jì)算面積配筋或適當(dāng)折減至0.9～0.95，避免梁端配筋過大； b.考慮彎矩調(diào)幅，梁的跨中受拉鋼筋可比計(jì)算配筋面積放大1.2倍左右；c.梁箍筋直徑可適當(dāng)放大，在梁寬較寬或梁高較大時(shí)宜增大2mm。

框架柱配筋的調(diào)整應(yīng)注意：a.一般框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用單偏壓計(jì)算配筋，雙偏壓復(fù)核，宜采用對(duì)稱配筋，異形柱應(yīng)進(jìn)行雙偏壓計(jì)算配筋； b.對(duì)于角柱和大開間、大進(jìn)深的邊柱，宜比實(shí)際計(jì)算面積配筋增大1.2倍左右；c.調(diào)整柱單邊鋼筋的最小根數(shù)，以滿足新規(guī)范對(duì)鋼筋間距要求，并應(yīng)滿足柱單側(cè)配筋率要求?？蚣苤墓拷钚问揭吮M量采用復(fù)合箍，例如菱形箍或井字形箍。除此之外還需注意抗震等級(jí)一、二級(jí)的角柱、抗震等級(jí)二、三級(jí)的異形柱，以及結(jié)構(gòu)錯(cuò)層或樓梯間層高變化而形成的框架短柱均應(yīng)箍筋全高加密。

3結(jié)構(gòu)構(gòu)造易錯(cuò)問題

平法圖集（現(xiàn)澆鋼筋混凝土板式樓梯）11G101-2中大多數(shù)樓梯形式未采取抗震構(gòu)造措施，不符合抗震規(guī)范第3.6.6條的規(guī)定?？拐饦?gòu)造措施宜采用：a.休息平臺(tái)板配筋應(yīng)雙層雙向；b.梯段板上部負(fù)筋直徑及間距宜同梯段板下部鋼筋且拉通設(shè)置；c.梯柱宜整層貫通；d.樓梯周圍構(gòu)件配筋宜適當(dāng)增大，尤其梯梁抗扭筋及箍筋。

梁、柱計(jì)算配筋率容易混淆全截面和有效截面。對(duì)于梁的計(jì)算，應(yīng)分為計(jì)算最小配筋率和一般配筋率：a. 計(jì)算梁的最小配筋率時(shí)，取梁全截面高度。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）（簡稱混規(guī)）第8.5.1條規(guī)定，最小配筋率應(yīng)按構(gòu)件的全截面面積計(jì)算；b計(jì)算梁的一般配筋率時(shí)，取梁有效高度，根據(jù)混規(guī)第7.2.3條規(guī)定對(duì)鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，取。而在計(jì)算柱配筋率時(shí)，取全截面面積計(jì)算。

（3）框架梁縱向配筋時(shí)容易忽略以下問題：a. 抗震等級(jí)一級(jí)時(shí)，梁端截面底面和頂面縱向鋼筋配筋量的比值少于0.5 （抗震規(guī)范第6.3.3-2 條要求）；b. 在采用框架梁通長筋+梁支座筋時(shí)，沿梁全長的通長鋼筋少于梁兩端頂面縱向配筋中較大截面面積的1/4，（抗震規(guī)范6.3.4-1 條要求）；c. 當(dāng)梁端縱向受拉鋼筋配筋率>2%時(shí)，梁箍筋直徑未相應(yīng)提高一級(jí)，不符合抗震規(guī)范表6.3.3 要求；d.梁端與梁跨中最小配筋率有不同，按照梁跨中最小配筋率配筋，不符合混規(guī)第11.3.6-1。

（3）設(shè)計(jì)8度地震區(qū)填充墻時(shí)，根據(jù)抗震規(guī)范第13.3.4條規(guī)定，拉結(jié)筋應(yīng)全長貫通。樓梯間和人流通道的填充墻，尚應(yīng)采用鋼絲網(wǎng)砂漿面層加強(qiáng)。

（4）在設(shè)計(jì)建筑附屬機(jī)電設(shè)備支架時(shí)，與結(jié)構(gòu)主體連接的建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和建筑附屬機(jī)電設(shè)備，應(yīng)按照抗震規(guī)范第13.4.3～13.4.5要求采取抗震措施，并按照抗震規(guī)范第13.4.1條要求采用專門的符合抗震設(shè)防要求的支架系統(tǒng)，以滿足地震時(shí)使用功能的要求。

4控制含鋼量措施

4.1 框架柱

框架柱設(shè)計(jì)時(shí)軸壓比不宜太接近限值，這不僅可減少配筋，而且還能較易實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的要求?？v筋配置也應(yīng)有適當(dāng)余量，在考慮前文2.2 調(diào)整后，角筋可選擇較大直徑，其他縱筋根據(jù)計(jì)算要求設(shè)計(jì)即可。箍筋在滿足最小配箍率和計(jì)算要求前提下，宜Ⅰ和Ⅱ（Ⅲ）級(jí)鋼混用，即外圍箍筋選用Ⅱ、Ⅲ級(jí)鋼，內(nèi)部箍筋仍采用Ⅰ級(jí)鋼。這樣可利用強(qiáng)度較高的外圍箍筋增加對(duì)內(nèi)部混凝土的約束，而且容易實(shí)現(xiàn)配箍率要求。

4.2 梁板

在框架梁設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)抗震規(guī)范第6.3.4條，鋼筋直徑不宜過大，故宜盡量采用高強(qiáng)度鋼筋，便于施工?？蚣芰杭芰⒔罴错敳客ㄩL鋼筋可以選擇直徑較小的鋼筋與支座鋼筋搭接（受力需要設(shè)置通長鋼筋例外），在滿足計(jì)算配筋前提下采用滿足規(guī)范最小鋼筋要求配筋即可。無論是實(shí)際受力還是震害調(diào)查結(jié)果顯示，梁上部設(shè)計(jì)較大規(guī)格的通長鋼筋大部分是沒有必要的。該項(xiàng)措施的實(shí)施可大大節(jié)約含鋼量。

樓板的配筋宜盡量采用Ⅱ、Ⅲ級(jí)鋼筋。當(dāng)板面需采用貫通面筋時(shí)，貫通筋的配筋通常不需也不宜超過規(guī)定的最小配筋率，支座不足夠時(shí)再配以短筋。

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作者簡介：倫豪（1986-），男，結(jié)構(gòu)工程碩士，結(jié)構(gòu)工程師。