鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

韓威

摘 要：文章結(jié)合工作實踐，對建筑混凝土框架結(jié)構(gòu)各方面參數(shù)進(jìn)行了計算，并對結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意的問題提出了自己的看法。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土；框架結(jié)構(gòu)；住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計

混凝土框架結(jié)構(gòu)是由梁、板、柱構(gòu)件組成的空間結(jié)構(gòu)，既承受豎向荷載，又承受水平荷載。其延性較好，橫向側(cè)移剛度較小，特點是柱網(wǎng)布置靈活，便于獲得較大的使用空間，適用于需要大空間的、層數(shù)不宜太多、房屋的高度不宜太高的建筑。

一、截面尺寸的選擇

梁、柱的截面尺寸的選擇是框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提，除應(yīng)滿足規(guī)范[1]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1，以達(dá)到在罕遇地震作用下，梁端形成塑性鉸時，柱端處于非彈性工作狀態(tài)而沒有屈服，節(jié)點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”。

二、梁、柱的適宜配筋率

框架梁的配筋在設(shè)計中應(yīng)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%。另外當(dāng)梁端的縱向受拉鋼筋最小配筋率大于2%時，其箍筋的最小直徑應(yīng)增大2mm。但是無論在何種情況下，均應(yīng)滿足規(guī)范[1]所規(guī)定的最大、最小配筋率的要求。另外框架梁的縱向受拉鋼筋配筋率，應(yīng)注意規(guī)范[1]與規(guī)范[2]中的區(qū)別：規(guī)范[2]中梁的縱向受拉鋼筋最小配筋率只和框架的抗震等級有關(guān)，而在規(guī)范[1]中梁的最小配筋率除和框架的抗震等級有關(guān)外，還和混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計值與鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值的比值有關(guān)，所以在設(shè)計中應(yīng)依據(jù)規(guī)范[1]來確定梁的最小配筋。

三、框架柱配筋的調(diào)整

框架柱的配筋率一般都很低，有時電算結(jié)果為構(gòu)造配筋，但是實際工程中均不會按此配筋。因為在地震作用下的框架柱，尤其是角柱，所受的扭轉(zhuǎn)剪力最大，同時又受雙向彎矩作用，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)行框架計算，另外也可分別從縱、橫兩個方向計算后比較同一側(cè)面的配筋，取其較大值，并采用對稱配筋的原則。為了滿足框架柱在多種內(nèi)力組合作用下其強(qiáng)度要求，在配筋計算時應(yīng)注意以下問題：

1.角柱、邊柱及抗震墻端柱在地震作用組合下會產(chǎn)生偏心受拉時，其柱內(nèi)縱筋總截面面積應(yīng)比計算值增大25%。

2.框架柱的配筋可放大1.2～1.6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(yīng)選用菱形或井字形，以增強(qiáng)箍筋對混凝土的約束。

4.對于二、三級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，箍筋的直徑不應(yīng)小于Φ8，并應(yīng)焊接。

另外多層框架電算時常不考慮溫度應(yīng)力和基礎(chǔ)的不均勻沉降，當(dāng)多層框架水平尺寸和垂直尺寸較大以及地基軟弱土層較厚或地基土質(zhì)不均勻時，可以適當(dāng)放大框架柱的配筋，且宜在縱、橫兩個方向設(shè)置基礎(chǔ)梁，其配筋不宜按構(gòu)造設(shè)置，應(yīng)按框架梁進(jìn)行設(shè)計，并按規(guī)范[1]要求設(shè)置箍筋加密區(qū)。

四、框架梁裂縫寬度、斜截面配筋調(diào)整

在滿足梁柱的截面尺寸和配筋率的情況下，仍需在計算配筋后進(jìn)行梁的裂縫寬度的驗算和滿足梁端斜截面“強(qiáng)剪弱彎”條件下的梁端配筋調(diào)整。

1.影響裂縫寬度的因素和調(diào)整的辦法?？蚣芰旱牧芽p寬度驗算往往被工程設(shè)計人員忽視，對此應(yīng)引起我們的注意。影響裂縫寬度的主要因素有兩方面，一是構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級，二是鋼筋的級別和直徑。由于混凝土等級與鋼筋的級別有一定的“依賴關(guān)系”，因此對于普通的混凝土構(gòu)件，混凝土的高等級對減小梁的裂縫寬度影響不大，一般情況下宜采用加大梁的配筋率或增大梁的截面尺寸的方法來減小梁的裂縫寬度。另外需注意在利用計算機(jī)輔助軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模中的荷載輸入時，一定要將恒、活載數(shù)值分開輸入，以便進(jìn)行內(nèi)力組合和裂縫寬度的計算，不要貪圖省事而將恒、活載合并輸入，以防止梁、柱內(nèi)力計算錯誤，致使所繪制的施工圖不能使用。

2.梁端斜截面的配筋調(diào)整?？蚣芙Y(jié)構(gòu)設(shè)計中，宜滿足在地震作用下框架梁的梁端斜截面受彎承載力的規(guī)范要求，即“強(qiáng)剪弱彎”。在具體設(shè)計和梁配筋調(diào)整時，可采用以下方法：

（1）不放大梁端負(fù)彎矩鋼筋而加大梁的跨中受力鋼筋（一般放大1.1～1.3倍）；（2）梁端箍筋的直徑可增加2mm；（3）支座處盡量不設(shè)置彎起鋼筋，宜利用箍筋承受支座剪力。

3、在電算中合理、準(zhǔn)確運(yùn)用彎矩的調(diào)幅

規(guī)范規(guī)定只有在豎向力作用下梁端彎矩可調(diào)幅，水平力作用下梁端彎矩不允許調(diào)幅，因此在計算時必須先將豎向荷載作用下的梁端彎矩調(diào)幅后，再將水平荷載產(chǎn)生的梁端彎矩疊加。在此可采用兩種方法：一是將梁端的固定彎矩調(diào)幅后，再進(jìn)行力矩分配；二是將由力矩分配法算得的梁端負(fù)彎矩直接乘以調(diào)幅系數(shù)。

五、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的其它問題

1.在框架結(jié)構(gòu)中不允許采用兩種不同的結(jié)構(gòu)型式，樓、電梯間、局部突出屋頂?shù)姆块g，均不得采用磚墻承重。因為框架結(jié)構(gòu)是一種柔性結(jié)構(gòu)體系，而磚混結(jié)構(gòu)是一種剛性結(jié)構(gòu)。為了使結(jié)構(gòu)的變形相互協(xié)調(diào)，不應(yīng)采用不同結(jié)構(gòu)混合受力。

2.加強(qiáng)短柱的構(gòu)造措施：在工程施工過程中頂棚可能要吊頂或其它裝修，甲方為了節(jié)約開支，往往要求柱間填充墻不到頂或者是在墻上任意開門窗洞口，這樣往往會造成短柱。由于短柱剛度大，吸收地震作用使其受剪，當(dāng)混凝土抗剪強(qiáng)度不足時，則產(chǎn)生交叉裂縫及脆性錯斷，從而引起建筑物或構(gòu)筑物的破壞甚至倒塌。所以在設(shè)計中應(yīng)采取如下措施：

（1）盡量減弱短柱的樓層約束，如降低相連梁的高度、梁與柱采用鉸接等；（2）增加箍筋的配置，在短柱范圍內(nèi)箍筋的間距不應(yīng)大于100mm，柱的縱向鋼筋間距≤150mm；（3）采用良好的箍筋類型，如螺旋箍筋、復(fù)合螺旋箍筋、雙螺旋箍筋等。

3.由于建筑的需要，有時需要框架梁外挑，且梁下設(shè)置鋼筋混凝土柱。在柱的內(nèi)力和配筋計算中，有些設(shè)計人員對其受力概念不清，誤認(rèn)為此柱為構(gòu)造柱，并且其配筋為構(gòu)造配筋，懸臂梁也未按計算配筋，這樣有可能導(dǎo)致水平荷載作用下承載力不足，為事故的發(fā)生埋下隱患。實際上，在結(jié)構(gòu)的整體計算中，此柱為偏心受壓構(gòu)件，柱與梁端交接處類似于框架梁、柱節(jié)點，應(yīng)考慮懸臂梁梁端的協(xié)調(diào)變形。所以對于此柱應(yīng)作為豎向構(gòu)件參與結(jié)構(gòu)的整體分析，并且柱與梁端交接處應(yīng)按框架梁、柱的節(jié)點處理。

4.對于框架梁下部的填充墻構(gòu)造措施，當(dāng)填充墻長度大于5m時，墻頂與梁宜采用拉接措施；當(dāng)墻高度超過4m時，宜在墻高中部設(shè)置與柱連接的通長鋼筋混凝土水平墻梁。

5.在設(shè)計框架結(jié)構(gòu)和裙房時，高低跨之間不要采用主樓設(shè)牛腿、低層屋面或樓梯梁擱在牛腿上的做法，也不要用牛腿托梁的方式作為防震縫。因為在地震時各單元之間，尤其是高低層之間的震動情況不同，連接處很容易壓碎、拉斷。因此，凡要設(shè)縫，就要分得徹底，凡不設(shè)縫，就要連接牢固，絕不能似分非分，似連非連，否則很容易在地震中破壞。

6.在設(shè)計中不得隨意加大主筋的面積，或為了簡化構(gòu)造而統(tǒng)一截面設(shè)計，以避免造成結(jié)構(gòu)的某些部位相對薄弱。