簡析建筑鋼筋混凝土框架結構設計

李彥會

摘要：鋼筋混凝土框架結構隨著建筑結構設計的進步在高層建筑中得到了廣泛的應用。隨著建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化，無論是工業還是民用建筑，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。本文筆者分析了混凝土結構設計中的一些問題及設計要點，并提出一些切實可行的解決措施。

關鍵詞：結構設計 混凝土結構設計 設計要點

鋼筋和混凝土制成了鋼筋混凝土結構。鋼筋承受拉力，混凝土承受壓力，具有堅固性、耐久性、防火性好、節省鋼材和成本低等優點，其中主要分為兩種：一是整體式鋼筋混凝士結構。在施工現場架設模板，配置鋼筋，澆搗混凝土而筑成。二是裝配式鋼筋混凝土結構。用在工廠或施工現場預先制成的鋼筋混凝土構件，在現場拼裝而成。

1鋼筋混凝土框架結構的特點

由梁和柱剛性連接的骨架所組成，框架的連接是一個幾何不變的剛節點。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。

2.建筑基礎部分的結構設計

2.1 對于柱下擴展基礎寬度較寬（大于4m）或地基不均勻及地基較軟時宜采用柱下條基；并應考慮節點處基礎底面積雙向重復使用的不利因素，適當加寬基礎。

2.2 建筑地段較好、基礎埋深大于3m時，應建議甲方做地下室。當地基承載力滿足設計要求時，地下室底板可不再外伸以利于防水。每隔30～40m設一后澆帶，并注明兩個月后用微膨脹混凝土澆注。設置地下室可降低地基的附加應力，提高地基的承載力（尤其是在周圍有建筑時有用），減少地震作用對上部結構的影響。不應設局部地下室，且地下室應有相同的埋深。

2.3 地下室外墻為混凝土時，相應的樓層處梁和基礎梁可取消。

2.4 抗震縫、伸縮縫在地面以下可不設，連接處應加強；但沉降縫兩側墻體基礎一定要分開。

2.5 新建建筑物基礎不宜深于周圍已有基礎。如深于原有基礎，其基礎間的凈距應不少于基礎高差的2倍；否則應打抗滑移樁，防止原有建筑的破壞。建筑層數相差較大時，應在層數較低的基礎方格中心的區域內墊焦碴來調整基底附加應力。

2.6 獨立基礎偏心不能過大，必要時可與相近的基礎做成柱下條基。兩根柱的柱下條基的荷載重心和基礎底版的形心宜重合，基礎底板可做成梯形或臺階形，或調整挑梁兩端的出挑長度。

2.7 獨立基礎的拉梁宜通長配筋。拉梁頂標高宜較高，否則底層墻體過高。

2.8 底層內隔墻一般不用做基礎，可將地面的混凝土墊層局部加厚。

2.9 基礎底板混凝土不宜大于C30，一是沒用；二是容易出現裂縫。

3.鋼筋混凝土結構設計中應注意的問題

3.1 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l，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，避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變。

3.2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：

3.2.1 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。

3.2.2 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。

3.2.3 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。

4.鋼筋混凝土結構設計中的抗震加固措施

4.1 鋼筋混凝土結構設計中梁的抗震

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%。

4.1.2 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。

4.1.3 梁內縱筋錨固。在反復恒載作用下，在縱向鋼筋埋人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。

4.2 鋼筋混凝土結構柱的抗震設計

4.2.1 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。

4.2.2 混凝土結構柱的鋼筋配置合理。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，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。

5.鋼筋混凝土設計中要防止結構框架梁柱偏心問題

由于建筑專業技術的要求，在實際工程中外墻應該保持與柱邊的平齊。為了保證這一點，設計人員往往選擇框梁挑耳的方式或者梁柱偏心的方式。如果設計人員選擇前者，則能夠保障框架柱中心與框架梁的對齊，有利于柱和梁的受力，但是這樣的方式也存在一個問題，即難以錨固填充墻的構造柱上下縱筋，當然此問題已經在實踐中得到了較好的解決；如果設計人員采用粱柱偏心的方式，那么在地震作用下梁柱節點核芯區受剪面積往往會出現不足，并帶來扭轉效應，所以在進行外框架梁設計時，建采用挑耳的方式來解決外填充墻偏心的難題。

6.結束語

在我國現在的多高層建筑中，鋼筋混凝土框架結構是最常用的結構形式。只有熟練掌握規范，并在工程實踐中不斷總結、積累，才能使框架結構設計更加合理，滿足“技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量”的要求。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。

參考文獻

[1]丁章怡.淺析鋼筋混凝土框架結構設計要點[J].建筑知識，2014（04）.