關于鋼筋混凝土框架結構設計中的相關問題探索研究

【摘要】隨著建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化，無論是工業建筑還是民用建筑，在結構設計中遇到的各種難題也日益增多，建筑結構設計是建設工程設計的重要環節，是保障建筑結構安全、實現建筑使用功能的靈魂。本文是個人的一些看法，可與同行共同探討。

【關鍵詞】鋼筋混凝土；框架結構；結構設計

前言

鋼筋混凝土框架結構是一種抗震、抗風較好的結構體系，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置大房間的要求，還可以減輕建筑物的重量，在現代工業與民用建筑中被廣泛應用。

一、框架結構設計中的問題分析

1、結構平面、豎向布置。梁、柱的截面尺寸的選擇是框架結構設計的前提，除應滿足規范所要求的取值范圍，還應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而沒有屈服，節點仍處于彈性工作階段的目的，即規范所要求的“強柱弱梁強節點”。為了保證框架結構的抗震安全，結構應具有必要的承載力、剛度、穩定性、延性及耗能等性能。設計中應合理地布置抗側力構件，減少地震作用下的扭轉效應；平面布置宜規則、對稱，并應具有良好的整體性；結構的側向剛度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小（不應在同一層同時改變構件的截面尺寸和材料強度），避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變。框架結構宜設計成雙向梁柱剛架體系以承受縱橫兩個方向的地震作用或風荷載。特殊情況下也可以采用一向為剛架，另一向為鉸接排架的結構體系。但在鉸接排架方向應設置支撐或抗震墻，以保證結構的承載力、剛度和穩定。

2、框架柱配筋的調整。框架柱的配筋率一般都很低，有時電算結果為構造配筋，但是實際工程中應注意一些薄弱環節的配筋。因為在地震作用下的框架柱，尤其是角柱，所受的扭轉剪力最大，同時又受雙向彎矩作用，而橫梁的約束又較小，工作狀態下又處于雙向偏心受壓狀態，所以其震害重于內柱。對于質量分布不均勻的框架尤為明顯。因此，應選擇最不利的方向進行框架計算。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力組合作用下其強度要求，在配筋計算時應注意以下問題：角柱、邊柱及抗震墻端柱在地震作用組合下會產生偏心受拉時，其柱內縱筋應加強。框架柱的配筋可加強，滿足概念設計中的強柱弱梁原則。框架柱的箍筋形式應選用菱形或井字形，以增強箍筋對混凝土的約束。對于二、三級框架的底層柱底和底部加強部位縱筋宜采用焊接，且當柱縱向鋼筋的總配筋率超過 3%時，箍筋的直徑不應小于 8，并應焊接。

二、計算簡圖的處理問題分析

1、處理原則。結構計算中，計算簡圖選取的正確與否，直接影響到計算結果的準確性，其中比較典型的是基礎梁的處理。一般情況下，基礎梁設置在基礎高度范圍內，作為基礎的一部分，此時結構的底層計算高度應取基礎頂面至一層樓板頂面的高度。基礎梁僅考慮承擔上部墻體荷載，構造滿足普通梁的要求即可。當按規范要求需設置基礎拉梁時，其斷面和配筋可按構造設計，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計值的 10%作為拉力來計算。但是，當基礎埋深過大時，為了減少底層的計算高度和底層的位移，設計者往往在±0.000 以下的某個適當位置設置基礎拉梁。此時，基礎拉梁應作為一層輸入，底層計算高度應取基礎頂面至基礎拉梁頂面的高度，二層計算高度應取基礎拉梁頂面至一層樓板頂面的高度。拉梁層無樓板，應開洞處理，并采用總剛分析方法進行計算。基礎拉梁截面及配筋按實際計算結果采用。若因此造成底層框架柱形成短柱，應采取構造措施予以加強。另一個需要注意的是，當框架結構的電梯井道采用鋼筋混凝土井壁時（設計時應盡量避免），計算簡圖一定要按實際情況輸入，否則可能會造成頂部框架柱設計不安全。

2、注意重點。抗震驗算時不同的樓蓋及布置（整體性）決定了采用剛性、剛柔、柔性理論計算。抗震驗算時應特別注意場地土類別。8 度超過 5 層有條件時，盡量加剪力墻，可大大改善結構的抗震性能。框架結構應設計成雙向梁柱剛接體系，但也允許部分的框架梁搭在另一框架梁上。應加強垂直地震作用的設計，從震害分析，規范給出的垂直地震作用尚存異議。雨篷不得從填充墻內出挑。大跨度雨篷、陽臺等處梁應考慮抗扭。框架梁、柱的混凝土等級宜相差一級。由于某些原因造成梁或過梁等截面較大時，應驗算構件的最小配筋率。出屋面的樓電梯間不得采用磚混結構。框架結構中的電梯井壁宜采用粘土磚砌筑，但不能采用磚墻承重。應采用每層的梁承托每層的墻體重量。梯井四角加構造柱，層高較高時宜在門洞上方位置加圈梁。因樓電梯間位置較偏，梯井采用混凝土墻時剛度很大，其他地方不加剪力墻，對梯井和整體結構都十分不利。建筑長度宜滿足伸縮縫要求，否則應采取措施。如：增大配筋率、通長配筋、改善保溫、鋪設架空層、加后澆帶等。當采用井字梁時，梁的自重大于板自重，梁自重不可忽略不計。周邊一般加大截面的邊梁。

三、梁的抗震問題分析

1、梁的配筋率。為了保證梁的變形能力，使框架結構具有較好的抗震性能，梁端縱向受拉鋼筋的配筋率應能使梁端截面的受壓區相對高度滿足以下要求：一級框架 0.25h0；二、三級框架 0.35h0，同時，縱向受拉鋼筋的配筋率不應大于 2.5%。

2、梁的箍筋。為了保證梁有足夠的延性，提高塑性鉸區壓區混凝土的極限壓應變值，并防止在塑性鉸區內最終發生斜裂縫破壞，在梁端縱筋屈服范圍內加密封閉式箍筋，對提高梁的變形能力十分有效。同時，為了防止壓筋過早壓曲，應嚴格遵照《抗震規范》限制箍筋的間距。

3、梁內縱筋錨固。在反復恒載作用下，在縱向鋼筋埋入梁柱節點的相當長度范圍內，混凝土與鋼筋之間的粘結力將發生嚴重破壞。因此，應注意在地震作用下框架梁中縱向鋼筋的錨固長度，一般應比《結構規范》中所規定的受拉鋼筋基本錨固長度大。

四、柱的抗震問題分析

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

2、柱縱向鋼筋的配置。柱中縱向鋼筋宜對稱配筋：為了保證柱有足夠的延性，柱的最小配筋率必須滿足《抗震規范》要求；縱向鋼筋的接頭，一級框架應采用焊接接頭；二級宜采用焊接接頭，而底層柱根應焊接；三級可采用搭接，而底層柱根宜焊接；直徑大于 32mm 的鋼筋必須采用焊接。在縱向鋼筋連接區段內宜加密箍筋，防止縱向鋼筋的壓曲，增加粘結度。

3、柱的箍筋。在地震力的反復作用下，柱端鋼筋保護層往往首先碎落。這時，如無足夠的箍筋約束，縱筋就會向外膨曲，柱端破壞。箍筋對柱的核心混凝土起著有效的約束作用，提高配箍率可以顯著提高受壓混凝土的極限壓應變，從而有效增加柱的延性。因此，設計人員應遵照《抗震規范》對框架柱的箍筋構造要求。

五、結語

設計人員在精于結構電算分析的同時，更應注意到以上所提到的在設計過程中碰到的類似問題，使施工圖的設計更完善，保證結構的安全。