鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題及分析

鄭艷華 劉立穎

【摘 要】鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用于多高層民用建筑中。框架結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)布置規(guī)則，空間分隔靈活，自重輕，節(jié)省材料，可以較靈活地配合建筑平面布置等優(yōu)點(diǎn)。我將從設(shè)計(jì)過(guò)程中遇見(jiàn)的問(wèn)題著手對(duì)其進(jìn)行深入分析。

【關(guān)鍵詞】框架結(jié)構(gòu)；鋼筋混凝土；分析

一、框架結(jié)構(gòu)房屋最大適宜高度方面常見(jiàn)問(wèn)題及分析

從安全、經(jīng)濟(jì)等諸多方面綜合考慮。當(dāng)房屋高度較高時(shí)，雖然沒(méi)有超出規(guī)范對(duì)框架結(jié)構(gòu)的高度限值，但設(shè)計(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均不理想，在這種情況下，避免采用純框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用抗側(cè)向剛度較大、抗震性能更好的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)或少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)。因此純框架結(jié)構(gòu)房屋的最大適用高度應(yīng)結(jié)合工程具體情況確定，在經(jīng)濟(jì)合理的前提下6度（0.05g）、7度（0.1g）、7度（0.15g）、8度（0.2g）、8度（0.3g）、9度（0.4g）相應(yīng)高度為35m、30m、25m、20m、15m、12m。

二、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念方面常見(jiàn)問(wèn)題及分析

1.抗震建筑要限制單跨框架的使用：1）單跨框架結(jié)構(gòu)是指一個(gè)主軸方向全部為單跨的框架結(jié)構(gòu)。2）單跨框架的冗余度較低，在強(qiáng)烈地震作用下，將出現(xiàn)較大的結(jié)構(gòu)變形填充墻及其他附屬構(gòu)件易出現(xiàn)較大程度損毀。3）對(duì)層數(shù)不多（房屋高度較低）的多層建筑，當(dāng)必須采用單跨框架時(shí)，應(yīng)設(shè)置支撐、柱子翼墻或少量的鋼筋混凝土剪力墻。

2.關(guān)于強(qiáng)柱弱梁的措施：1）由于鋼筋混凝土框架自身側(cè)向剛度較小，而地震作用引起的側(cè)向位移較大，合理的抗震措施成為框架抗震性能實(shí)現(xiàn)的有力保證。在建筑物的抗震設(shè)計(jì)中，適當(dāng)考慮框架梁的塑性內(nèi)力分布，采用凈跨框架梁?jiǎn)卧Ｐ?，用?shí)際梁端（框架柱邊）內(nèi)力進(jìn)行構(gòu)件的裂縫寬度驗(yàn)算，不僅可以減少梁端負(fù)彎矩的實(shí)際配筋，同時(shí)還可以提高框架梁的延性，更有利于強(qiáng)柱弱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。2）合理控制框架梁的梁端底部鋼筋進(jìn)入框架柱的數(shù)量，并在強(qiáng)柱弱梁驗(yàn)算中考慮梁端底部實(shí)配鋼筋的影響，是確保強(qiáng)柱弱梁的重要措施之一，應(yīng)引起結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的高度重視。3）應(yīng)嚴(yán)格控制梁端實(shí)配鋼筋，對(duì)梁端負(fù)彎矩鋼筋不應(yīng)超配（控制實(shí)配鋼筋不超過(guò)計(jì)算鋼筋面積，一般情況可取實(shí)配鋼筋面積為計(jì)算面積的95%-100%）；對(duì)梁端正彎矩鋼筋應(yīng)控制超配（一般情況下可控制超配系數(shù)在10%以內(nèi)，注意不是對(duì)跨中正彎矩鋼筋而是梁端正彎矩鋼筋，是控制對(duì)梁端正彎矩鋼筋的超配）

3.關(guān)于強(qiáng)剪弱彎的措施：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。

三、框架結(jié)構(gòu)計(jì)算方面常見(jiàn)問(wèn)題及分析

1.結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算簡(jiǎn)圖選取的正確與否，直接影響到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。其中比較典型的是基礎(chǔ)梁的處理。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。

2.框架柱縱向鋼筋的計(jì)算應(yīng)按工程的實(shí)際情況確定。當(dāng)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)較大時(shí)，首先考慮偶然偏心的地震作用（不考慮雙向地震作用）按雙向偏心受壓方法計(jì)算柱的配筋；其次考慮雙向地震作用（不考慮偶然偏心的地震作用）按單向偏心受壓計(jì)算方法計(jì)算柱配筋。兩者取較大值?？蚣芙侵鶓?yīng)按雙向偏心受力構(gòu)件計(jì)算。當(dāng)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)較小，框架柱以單向受力為主時(shí)，可按單向偏心受壓方法計(jì)算柱配筋。柱配筋設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照計(jì)算結(jié)果先確定角筋直徑，然后根據(jù)總的縱向鋼筋面積按角筋共同原則確定除角筋外的其他周邊鋼筋，角筋直徑不應(yīng)小于柱的其他縱向鋼筋直徑。

3.陽(yáng)臺(tái)外挑宜采用梁式結(jié)構(gòu)。當(dāng)挑出長(zhǎng)度L≥1.5m時(shí)，應(yīng)采用梁式結(jié)構(gòu)；當(dāng)挑出長(zhǎng)度L<1.5m，且其降板未超過(guò)相鄰板厚時(shí)，可采用懸挑板，但其根部厚度不小于L/10，且不小于120mm。懸挑板面鋼筋直徑不宜小于10mm。板面裂縫應(yīng)控制在0.2mm以內(nèi)。

四、框架結(jié)構(gòu)構(gòu)造方面常見(jiàn)問(wèn)題及分析

1.框架梁的懸挑端底部鋼筋必須滿足規(guī)范對(duì)框架梁端部的抗震構(gòu)造要求？顯然懸挑梁底部沒(méi)有必要按框架要求設(shè)計(jì)，當(dāng)懸挑梁頂部鋼筋較多時(shí)可設(shè)置適量的構(gòu)造鋼筋（受壓鋼筋）；對(duì)長(zhǎng)懸挑構(gòu)件，其懸臂梁的根部宜滿足規(guī)范對(duì)框架梁的抗震構(gòu)造要求。1）由于地震往復(fù)性，在地震作用下框架梁端部受力復(fù)雜且地震作用效應(yīng)隨著地震作用方向的變化而變化，因此框架梁端部上、下均需要滿足一定的抗震構(gòu)造要求。2）在一般情況下，懸挑梁以承受豎向荷載為主，其受力情況比較單一，可不考慮抗震設(shè)計(jì)構(gòu)造（注意：這里的抗震構(gòu)造指的是梁的全部抗震構(gòu)造，而不僅僅是梁底的抗震構(gòu)造）。當(dāng)懸臂梁根部梁頂鋼筋較多時(shí)，可適當(dāng)加大梁底構(gòu)造鋼筋，以提高懸挑梁的承載力并改善懸挑梁根部的延性。3）對(duì)長(zhǎng)臂構(gòu)件，需要考慮豎向地震作用，因此建議對(duì)長(zhǎng)臂梁根部應(yīng)考慮抗震構(gòu)造。

2.根據(jù)《抗震規(guī)范》第3.6.6條第1款規(guī)定“計(jì)算中應(yīng)考慮樓梯構(gòu)件的影響”，樓梯作為重要的疏散工具，在防災(zāi)中起著重要的作用，應(yīng)采用現(xiàn)澆或裝配整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，不應(yīng)采用裝配式結(jié)構(gòu)。樓梯間周邊優(yōu)先考慮設(shè)置剪力墻。當(dāng)樓梯間無(wú)法設(shè)置剪力墻時(shí)可以考慮樓梯間周邊設(shè)置落地框架柱，以形成周圍框架對(duì)樓梯的有效呵護(hù)；當(dāng)樓梯間無(wú)法設(shè)置剪力墻時(shí)，實(shí)際工程中應(yīng)避免或減小樓梯對(duì)主體結(jié)構(gòu)影響，可以將樓梯休息平臺(tái)與主體結(jié)構(gòu)脫開(kāi)或采取梯段下端滑動(dòng)支座，也可以在梯板周邊設(shè)置暗梁，還可以在休息平臺(tái)與上層結(jié)構(gòu)之間設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱來(lái)提高樓梯抵抗水平地震作用的能力，改善樓梯結(jié)構(gòu)的抗震性能。當(dāng)樓梯間無(wú)法采取隔離措施時(shí)，在結(jié)構(gòu)計(jì)算中應(yīng)該考慮樓梯對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響及主體結(jié)構(gòu)對(duì)樓梯的影響，并宜進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。應(yīng)特別注意設(shè)置樓梯形成的框架短柱，柱箍筋處應(yīng)滿足計(jì)算要求外，宜按抗震等級(jí)提高一級(jí)配置。

3.框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)箍筋配置應(yīng)滿足對(duì)于規(guī)范中規(guī)定的框架柱箍筋加密區(qū)的箍筋最小體積配箍率的要求，絕大部分設(shè)計(jì)人員都能給予足夠的重視，但對(duì)于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的“一、二、三級(jí)框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)配箍特征值分別不宜小于0.12、0.10、0.08且體積配箍率分別不宜小于0.6%、0.5%，0.4%?！痹O(shè)計(jì)中經(jīng)常被忽視，尤其是柱軸壓比不大時(shí)，常常不滿足要求。這一規(guī)定是保證節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)延性的重要構(gòu)造措施，應(yīng)嚴(yán)格遵守。

4.梯板作為拉彎、壓彎抗震構(gòu)件，宜設(shè)板面拉通鋼筋。由于梯板為斜向的單向板，且單向板的荷載較大，梯板厚應(yīng)比水平樓板厚度大，梯板厚度取值在1/25-1/28的梯板水平投影跨度。

5.框架梁柱節(jié)點(diǎn)與柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)不同時(shí)采取的措施。在工程設(shè)計(jì)中，為滿足框架柱軸壓比要求，往往框架柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)遠(yuǎn)比框架梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)高，可參照《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》處理，當(dāng)梁、柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)相差大于5MPa時(shí)，梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)施工時(shí)應(yīng)做專門處理，可先澆灌梁柱節(jié)點(diǎn)高等級(jí)混凝土，并在梁上留坡槎，使節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土等級(jí)與柱相同。

結(jié)束語(yǔ)

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)雖然相對(duì)簡(jiǎn)單，但設(shè)計(jì)中仍存在很多需要注意的問(wèn)題。設(shè)計(jì)人員只有熟練地掌握規(guī)范，有良好的結(jié)構(gòu)概念，且對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行精細(xì)化的設(shè)計(jì)，才能保證結(jié)構(gòu)安全情況下減少工程造價(jià)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱炳寅.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)答及分析（第二版）.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[2]李國(guó)勝.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)禁忌及實(shí)例.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[3]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[4]建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.