簡析建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李彥會(huì)

摘要：鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)隨著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)步在高層建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化，無論是工業(yè)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，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建設(shè)工程設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，是保障建筑結(jié)構(gòu)安全、實(shí)現(xiàn)建筑使用功能的靈魂。本文筆者分析了混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些問題及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并提出一些切實(shí)可行的解決措施。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

鋼筋和混凝土制成了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。鋼筋承受拉力，混凝土承受壓力，具有堅(jiān)固性、耐久性、防火性好、節(jié)省鋼材和成本低等優(yōu)點(diǎn)，其中主要分為兩種：一是整體式鋼筋混凝士結(jié)構(gòu)。在施工現(xiàn)場架設(shè)模板，配置鋼筋，澆搗混凝土而筑成。二是裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。用在工廠或施工現(xiàn)場預(yù)先制成的鋼筋混凝土構(gòu)件，在現(xiàn)場拼裝而成。

1鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

由梁和柱剛性連接的骨架所組成，框架的連接是一個(gè)幾何不變的剛節(jié)點(diǎn)。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是一種抗震、抗風(fēng)較好的結(jié)構(gòu)體系，建筑平面布置靈活，使用空間大，延性較好易于滿足建筑物設(shè)置大房間的要求，還可以減輕建筑物的重量，在現(xiàn)代工業(yè)與民用建筑中被廣泛應(yīng)用。

2.建筑基礎(chǔ)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 對(duì)于柱下擴(kuò)展基礎(chǔ)寬度較寬（大于4m）或地基不均勻及地基較軟時(shí)宜采用柱下條基；并應(yīng)考慮節(jié)點(diǎn)處基礎(chǔ)底面積雙向重復(fù)使用的不利因素，適當(dāng)加寬基礎(chǔ)。

2.2 建筑地段較好、基礎(chǔ)埋深大于3m時(shí)，應(yīng)建議甲方做地下室。當(dāng)?shù)鼗休d力滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，地下室底板可不再外伸以利于防水。每隔30～40m設(shè)一后澆帶，并注明兩個(gè)月后用微膨脹混凝土澆注。設(shè)置地下室可降低地基的附加應(yīng)力，提高地基的承載力（尤其是在周圍有建筑時(shí)有用），減少地震作用對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響。不應(yīng)設(shè)局部地下室，且地下室應(yīng)有相同的埋深。

2.3 地下室外墻為混凝土?xí)r，相應(yīng)的樓層處梁和基礎(chǔ)梁可取消。

2.4 抗震縫、伸縮縫在地面以下可不設(shè)，連接處應(yīng)加強(qiáng)；但沉降縫兩側(cè)墻體基礎(chǔ)一定要分開。

2.5 新建建筑物基礎(chǔ)不宜深于周圍已有基礎(chǔ)。如深于原有基礎(chǔ)，其基礎(chǔ)間的凈距應(yīng)不少于基礎(chǔ)高差的2倍；否則應(yīng)打抗滑移樁，防止原有建筑的破壞。建筑層數(shù)相差較大時(shí)，應(yīng)在層數(shù)較低的基礎(chǔ)方格中心的區(qū)域內(nèi)墊焦碴來調(diào)整基底附加應(yīng)力。

2.6 獨(dú)立基礎(chǔ)偏心不能過大，必要時(shí)可與相近的基礎(chǔ)做成柱下條基。兩根柱的柱下條基的荷載重心和基礎(chǔ)底版的形心宜重合，基礎(chǔ)底板可做成梯形或臺(tái)階形，或調(diào)整挑梁兩端的出挑長度。

2.7 獨(dú)立基礎(chǔ)的拉梁宜通長配筋。拉梁頂標(biāo)高宜較高，否則底層墻體過高。

2.8 底層內(nèi)隔墻一般不用做基礎(chǔ)，可將地面的混凝土墊層局部加厚。

2.9 基礎(chǔ)底板混凝土不宜大于C30，一是沒用；二是容易出現(xiàn)裂縫。

3.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

3.1 結(jié)構(gòu)平面、豎向布置

梁、柱的截面尺寸的選擇是框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，除應(yīng)滿足規(guī)范所要求的取值范圍，還應(yīng)注意盡可能使柱的線剛度與梁的線剛度的比值大于l，以達(dá)到在罕遇地震作用下，梁端形成塑性鉸時(shí)，柱端處于非彈性工作狀態(tài)而沒有屈服，節(jié)點(diǎn)仍處于彈性工作階段的目的，即規(guī)范所要求的“強(qiáng)柱弱梁強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”。為了保證框架結(jié)構(gòu)的抗震安全，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性及耗能等性能。設(shè)計(jì)中應(yīng)合理地布置抗側(cè)力構(gòu)件，減少地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；平面布置宜規(guī)則、對(duì)稱，并應(yīng)具有良好的整體性；結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，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，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。

3.2框架柱配筋的調(diào)整

框架柱的配筋率一般都很低，有時(shí)電算結(jié)果為構(gòu)造配筋，但是實(shí)際工程中應(yīng)注意一些薄弱環(huán)節(jié)的配筋。因?yàn)樵诘卣鹱饔孟碌目蚣苤绕涫墙侵?，所受的扭轉(zhuǎn)剪力最大，同時(shí)又受雙向彎矩作用，而橫梁的約束又較小，工作狀態(tài)下又處于雙向偏心受壓狀態(tài)，所以其震害重于內(nèi)柱。對(duì)于質(zhì)量分布不均勻的框架尤為明顯。因此，應(yīng)選擇最不利的方向進(jìn)行框架計(jì)算。另外，也可分別從縱、橫兩個(gè)方向計(jì)算后比較同一側(cè)面的配筋，取其較大值，并采用對(duì)稱配筋的原則。為了滿足框架柱在多種內(nèi)力組合作用下其強(qiáng)度要求，在配筋計(jì)算時(shí)應(yīng)注意以下問題：

3.2.1 角柱、邊柱及抗震墻端柱在地震作用組合下會(huì)產(chǎn)生偏心受拉時(shí)，其柱內(nèi)縱筋應(yīng)加強(qiáng)。

3.2.2 框架柱的配筋可加強(qiáng)，滿足概念設(shè)計(jì)中的強(qiáng)柱弱梁原則?？蚣苤墓拷钚问綉?yīng)選用菱形或井字形，以增強(qiáng)箍筋對(duì)混凝土的約束。

3.2.3 對(duì)于二、三級(jí)框架的底層柱底和底部加強(qiáng)部位縱筋宜采用焊接，且當(dāng)柱縱向鋼筋的總配筋率超過3%時(shí)，箍筋的直徑不應(yīng)小于8，并應(yīng)焊接。

4.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震加固措施

4.1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中梁的抗震

4.1.1 梁的配筋率。為了保證梁的變形能力，使框架結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，梁端縱向受拉鋼筋的配筋率應(yīng)能使梁端截面的受壓區(qū)相對(duì)高度滿足以下要求：一級(jí)框架0.25h0；二、三級(jí)框架0.35h0，同時(shí)，縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)大于2.5%。

4.1.2 梁的箍筋。為了保證梁有足夠的延性，提高塑性鉸區(qū)壓區(qū)混凝土的極限壓應(yīng)變值，并防止在塑性鉸區(qū)內(nèi)最終發(fā)生斜裂縫破壞，在梁端縱筋屈服范圍內(nèi)加密封閉式箍筋，對(duì)提高梁的變形能力十分有效。同時(shí)，為了防止壓筋過早壓曲，應(yīng)嚴(yán)格遵照《抗震規(guī)范》限制箍筋的間距。

4.1.3 梁內(nèi)縱筋錨固。在反復(fù)恒載作用下，在縱向鋼筋埋人梁柱節(jié)點(diǎn)的相當(dāng)長度范圍內(nèi)，混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)力將發(fā)生嚴(yán)重破壞。

4.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)柱的抗震設(shè)計(jì)

4.2.1 柱截面尺寸。柱的平均剪應(yīng)力太大，會(huì)使柱產(chǎn)生脆性的剪切破壞。平均壓應(yīng)力或軸壓比太大會(huì)使柱產(chǎn)生混凝土壓碎破壞。為了使柱有足夠的延性，柱截面尺寸應(yīng)符合以下要求：柱截面的長邊應(yīng)小于柱凈高的1/4，且柱截面的寬度不宜小于300mm；當(dāng)剪壓比保持較低時(shí)，可獲得較好的延性，為此柱端截面的平均剪應(yīng)力一般宜小于3N/mm。

4.2.2 混凝土結(jié)構(gòu)柱的鋼筋配置合理。柱中縱向鋼筋宜對(duì)稱配筋：為了保證柱有足夠的延性，柱的最小配筋率必須滿足《抗震規(guī)范》要求；縱向鋼筋的接頭，一級(jí)框架應(yīng)采用焊接接頭；二級(jí)宜采用焊接接頭，而底層柱根應(yīng)焊接；三級(jí)可采用搭接，底層柱根宜焊接；直徑大于32mm 的鋼筋必須采用焊接。在縱向鋼筋連接區(qū)段內(nèi)宜加密箍筋，防止縱向鋼筋的壓曲，增加粘結(jié)度。

5.鋼筋混凝土設(shè)計(jì)中要防止結(jié)構(gòu)框架梁柱偏心問題

由于建筑專業(yè)技術(shù)的要求，在實(shí)際工程中外墻應(yīng)該保持與柱邊的平齊。為了保證這一點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員往往選擇框梁挑耳的方式或者梁柱偏心的方式。如果設(shè)計(jì)人員選擇前者，則能夠保障框架柱中心與框架梁的對(duì)齊，有利于柱和梁的受力，但是這樣的方式也存在一個(gè)問題，即難以錨固填充墻的構(gòu)造柱上下縱筋，當(dāng)然此問題已經(jīng)在實(shí)踐中得到了較好的解決；如果設(shè)計(jì)人員采用粱柱偏心的方式，那么在地震作用下梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)受剪面積往往會(huì)出現(xiàn)不足，并帶來扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，所以在進(jìn)行外框架梁設(shè)計(jì)時(shí)，建采用挑耳的方式來解決外填充墻偏心的難題。

6.結(jié)束語

在我國現(xiàn)在的多高層建筑中，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是最常用的結(jié)構(gòu)形式。只有熟練掌握規(guī)范，并在工程實(shí)踐中不斷總結(jié)、積累，才能使框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理，滿足“技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量”的要求。設(shè)計(jì)人員在精于結(jié)構(gòu)電算分析的同時(shí)，更應(yīng)注意到以上所提到的在設(shè)計(jì)過程中碰到的類似問題，使施工圖的設(shè)計(jì)更完善，保證結(jié)構(gòu)的安全。

參考文獻(xiàn)

[1]丁章怡.淺析鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].建筑知識(shí)，2014（04）.