框架結構設計若干問題探討

吳曉祥

（合肥鐵路勘察設計院有限責任公司，安徽 合肥 230001）

1 基礎設計應注意的問題

1.1 基礎的選擇問題

在滿足承載力和變形的基本要求下，盡量采用比較經濟的天然地基上的淺基礎。地基持力層的選擇應從地基基礎和上部結構的整體性出發，綜合考慮場地土層的分布情況及穩定性，土層的物理力學性質，建筑物的體型、結構類型和荷載性質與大小，還要考慮地下水的影響，山區建筑還要考慮土坡度情況。

若土質條件比較好，多層房屋一般采用條形基礎或獨立基礎。一般先由地基承載力和變形確定基礎底面尺寸，然后再進行基礎截面設計驗算。基礎高度由混凝土抗沖切和剪切條件確定，基礎配筋則由基礎驗算截面的抗彎能力確定。除滿足計算要求以外，還要滿足一些規范規定的構造要求。要注意的是，在確定基礎底面尺寸或計算基礎沉降時，應考慮設計地面以下基礎及其上覆土重力的作用；而在進行基礎截面設計中，應采用不計上覆土重力作用時的地基凈反力進行計算。

若土質條件不好，對于柱網和使用荷載都比較大的多層房屋(如工業廠房)，可以采用預應力管樁基礎、人工挖孔灌注樁基礎、機械鉆孔擴底灌注樁等。樁端持力層應選擇較硬土層或巖層。

1.2 獨立基礎設計的荷載取值問題

鋼筋混凝土多層框架房屋的基礎形式多采用的是柱下獨立基礎。在基礎設計中，合理地選取荷載設計值，是基礎結構設計的重要環節。實際工作中，常會出現2種情況：（1）依據GB50011-2001《建筑抗震設計規范》第4.2.1條指出的“當地基主要受力層范圍內不存在軟弱粘性土層時，不超過8層且高度在25m 以下的一般民用框架房屋或基礎荷載相當的多層框架廠房，可不必進行天然地基和基礎的抗震承載力驗算”的要求，忽略風荷載的影響；（2）在設計獨立基礎時，作用在基礎頂面上的外荷載（柱腳內力設計值）只取軸力設計值、彎矩設計值而無剪力設計值，甚或只取軸力設計值。工程設計實踐證明，這2種情況的設計結果都會導致基礎尺寸偏小、配筋偏少。如果在涉及混凝土多層框架房屋的整體計算分析中輸入風荷載，讓軸力設計值、彎矩設計值和剪力設計值共同作用于柱腳，基礎本身及其上部結構的安全就更為可靠。

1.3 基礎拉梁設計方案的確定

多層框架房屋基礎拉梁的設計方案應視具體情況而定。一般來說，當基礎埋深值大時，為了減小底層柱的計算長度和底層的位移，可在±0.000 以下適當位置設置基礎拉梁，但不宜按構造要求設置，宜按框架梁進行設計，并規范規定設置箍筋加密區。當獨立基礎埋置不深或者埋置雖深但采用了短柱基礎時，由于地基不良或柱子荷載差別較大，或根據抗震要求，可沿2個主軸方向設置構造基礎拉梁：基礎拉梁截面寬度可取柱中心距的l/20～1/30，高度可取柱中心距的 1/12～1/18；構造基礎拉梁的截面可取上述限值范圍的下限，縱向受力鋼筋可取所連接柱子的最大軸力設計值的10%作為拉力或壓力來計算。若為構造配筋，除滿足最小配筋率外，也不得小于上下各2φ14，配筋不得小于φ8@200；若拉梁上作用有填充墻或樓梯柱等傳來的荷載時，拉梁截面應適當加大，算出的配筋應和上述構造配筋疊加。當框架底層層高不大或者基礎埋置不深時，有時要把基礎拉梁設計得比較強大，以便用拉梁來平衡柱底彎矩，這時拉梁正彎矩鋼筋應全跨拉通，負彎矩鋼筋至少應在1/2 跨拉通，拉通正負彎矩鋼筋在框架柱內的錨固、拉梁箍筋的加密及有關抗震構造要求與上部框架梁完全相同；此時，拉梁宜設置在基礎頂部，不宜設置在基礎頂面之上。

2 框架結構計算若干參數的選取

2.1 結構周期折減系數

框架結構及框架一抗震墻等結構，由于填充墻的存在，使結構的實際剛度大于計算剛度，計算周期大于實際周期。因此，算出的地震剪力偏小，使結構偏于不安全，因而對結構的計算周期進行折減是必要的，但對框架結構的計算周期不折減或折減系數取得過大，都是不妥當的。對框架結構，采用砌體填充墻時，周期折減系數可取0.6～0.7；砌體填充墻較少或采用輕質砌塊時，可取0.7～0.8：完全采用輕質墻體板材時，可取0.9。只有無墻的純框架，計算周期才可能不折減。

2.2 框架梁、柱箍筋間距

《建筑抗震設計規范》第6.3.3條及第6.3.8條對不抗震等級的框架梁、柱箍筋加密區的最小箍筋直徑和最大箍筋間距做了明確規定。根據這些規定，設計時習慣上常取梁、柱箍筋加密區最大間距為100mm，非加密區箍筋最大問距為200mm。電算程序總信息中通常也內定粱、柱箍筋加密區間距為100mm，并以此為依據計算出加密區箍筋面積，設計人員可根據規范確定箍筋直徑和肢數。

但是，在程序內定的條件下，當框架梁的跨中部位有次梁或有較大的其他集中荷載作用卻僅配雙肢箍筋時，多數情況下，非加密區箍筋間距采用200mm。會使梁的非加密區配筋不足。因此，建議程序內定粱箍筋改為取梁的非加密區間距200mm。這樣，既可保證梁非加密區的抗剪承載力，又可適當增加梁端箍筋加密區（箍筋間距為100mm）的抗剪能力，粱的強剪性能更能充分體現。當框架梁由于種種原因縱向鋼筋超筋時，梁端適當加大抗剪承載力，對結構抗震非常有利。這也是為什么當梁端縱向受拉鋼筋配筋率大2%時，規范規定梁的箍筋直徑應比最小構造直徑增大2mm的原因。對于框架柱，當框架內定柱加密區箍筋問距為100mm時，在某些情況下，也可能因非加密區箍筋間距采用200mm 引起配筋不足。因此，也建議程序內定柱的箍筋間距改為取柱的非加密區的箍筋間距200mm。這里需要指出的是，粱、柱箍筋非加密區配筋驗算時，可不考慮強剪弱彎的要求，即剪力設計值取加密區終點處外側的組合剪力設計值，并且不乘以剪力增大系數。

2.3 梁扭矩的折減

現澆框架結構中，如果粱兩邊沒有樓板或有弧形梁時，扭矩折減系數應為1.0；如果梁兩側均有樓板，應對梁的扭矩進行折減，折減系數一般為0.4。對于一般工程，梁的配筋應計算兩次：一次對所有梁的扭矩折減，計算出兩側都有樓板的梁的配筋；另一次對所有的梁扭矩不折減。計算出一側有樓板或兩側都沒有樓板的梁的配筋。這樣計算結構比較符合實際，這一點應引起設計人員的重視。

2.4 梁端負彎矩調整系數與梁彎矩放大系數

結構計算時，框架梁在豎向荷載作用下，梁端負彎矩往往很大，造成鋼筋太密，無法施工；同時，由于框架結構一般為超靜定結構，框架梁在達到承載能力極限狀態之前，總會產生不同程度的塑性內力重分布。因此可以適當降低框架梁在豎向荷載作用下的負彎矩，通過平衡條件相應增大梁跨中彎矩。應注意這里只是降低梁在豎向荷載作用下的負彎矩，然后再與水平作用產生的彎矩組合設計。而梁彎矩放大系數僅在沒有考慮梁的活荷載不利布置時起作用，并且對梁的正負彎矩均起作用，且不可與考慮梁的活荷載不利布置同時考慮，這樣會引起梁彎矩增大，造成材料浪費。

3 應用平法圖集須注意的問題

框架柱如果采用剖面列表法表示配筋時，需注意每層樓面標高以下的箍筋加密區長度應為框架梁高與規范規定的箍筋加密區長度(1／6 柱凈高、柱截面高度、500mm 中的較大值)之和，因為PKPM 軟件出圖時加密區長度沒有包含梁高，而施工人員如果按圖施工，往往會造成箍筋加密區高度不夠。

另外，由于一層建筑地面是在主體結構澆筑完畢后才施工的，如果一層地面為剛性地面，根據《建筑抗震設計規范》第6.3.10.2條規定，柱箍筋在剛性地面上下各500mm 范圍內應加密，這一點往往被施工單位忽視，設計人員在設計圖紙中應有明確交待。

[1]楊濟維.對鋼筋混凝土多層框架結構設計的淺析.建材與裝飾，2009年第9期.

[2]胡愛坤，胡慶軍.混凝土框架結構設計中需注意的問題.浙江建筑，2009年第10期.