浅谈钢筋混凝土框架结构设计

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　　摘要：在钢筋混凝土结构设计中，每个设计者的经验不同，对规范的理解不同，所以在处理某个设计问题时，也就会采取不同的处理方法。对于钢筋混凝土框架结构设计中，基础、梁、柱、板四部分应注意的问题，分别提出了几点看法。
　　关键词：钢筋混凝土结构设计注意事项
　　Abstract: In the structural design of reinforced concrete, each designer's experience and understanding of norms, so a design problem, which could take a different approach. For the design of reinforced concrete frame structure, the four parts should be noted that the problems in the foundation, beams, columns, plates, raised a few comments.
　　Key Words: reinforced concrete, structural design, Note
　　中图分类号：TU398+.2 文献标识码：A 文章编号：
　　前言：改革开放以来,随着我国经济的迅猛发展,我国的多层建筑也发展迅速,设计思想也在不断更新。钢筋混凝土框架结构是目前应用最广泛的结构形式之一。钢筋混凝土框架结构是由楼板、梁、柱及基础4种承重构件组成的,由主梁、柱与基础构成平面框架,各平面框架再由连续梁连接起来而形成的空间结构体系。在合理的高度和层数的情况下,框架结构能够提供较大的建筑空间,其平面布置灵活,可适合多种工艺与使用功能的要求。但是,在框架结构设计中,仍然存在着一些概念性和实际性的问题需要设计人员予以高度重视,以确保结构设计质量。
　　1 框架结构的耗能机理
　　框架结构主要是以压弯构件――竖向框架柱和以弯剪构件――水平框架梁组成的。实际工程计算的例子表明，框架结构的延性很大程度上取决于框架梁和框架柱构件本身的延性和屈服弯矩。
　　在地震作用下，框架结构每经过一个循环，加载时先是结构吸收或储存能量，卸载时释放能量，但两者不相等。两者之差为结构或构件在一个循环中的“耗失能量”(耗能) ，也即一个滞回环内所含的面积。结构吸收的地震能量可以由力――位移曲线所包围的面积来表示。
　　2 钢筋混凝土框架结构设计中的两个注意问题
　　2.1抗震等级的选取
　　对于乙类建筑，建筑抗震设计规范3.1.322规定:地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求，但是抗震措施(主要体现为抗震等级)在一般情况下，当抗震设防烈度为6度～8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求。实际设计中经常发生抗震等级选错的情况，如:位于8度区的某乙类建筑，应按9度由建筑抗震设计规范表6.1.2确定，为一级抗震等级。
　　2.2振型组合数的合理选取
　　应按以下规则选取:对于较高层建筑，当不考虑扭转耦联时，振型数应不小于3；当振型数多于3时，宜取为3的倍数(由于程序按3个振型一页输出)，但不能多于层数。当房屋层数不大于2时，振型数可取层数。对于不规则建筑，当考虑扭转耦联时，振型数应不小于9，但不能超过结构层的3倍，只有定义弹性楼板且按总刚分析法分析时，才可以取更多的振型。建筑抗震设计规范在条文说明中明确指出:振型数可以取振型参与质量达到总质量90%所需的振型数。
　　目前satwe等程序已有这种功能，这是一个重要指标。如:对于某一建筑，选取的振型数为15，但振型参与质量系数只有50%，说明振型数取得不够，可能由于此建筑过于复杂或由于某些杆件不连续导致局部震动引起的，应仔细复核。
　　3 独立基础拉梁的问题
　　当基础埋置较深，为了减小底层柱计算高度及底层侧向位移，可在±0.000附近设置基础拉梁，但不宜按构造设置，宜按照框架要求设计，应注意此时需将板厚取为0，定义弹性结点，按总刚分析法分析计算，且基础应设成短柱基础。
　　4 框架结构设计应注意的几个问题
　　4.1抗震等级的选取
　　对于乙类建筑，建筑抗震设计规范3.1，3-2规定：地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求，但是抗震措施(主要体现为抗震等级)在一般情况下，当抗震设防烈度为6度～8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求。实际设计中经常发生抗震等级选错的情况，如：位于8度区的某乙类建筑，应按9度由建筑抗震设计规范表6.1.2确定，为一级抗震等级。
　　4.2振型组合数的合理选取
　　应按以下规则选取：对于较高层建筑，当不考虑扭转耦联时，振型数应不小于3；当振型数多于3时，宜取为3的倍数(由于程序按3个振型一页输出)，但不能多于层数。当房屋层数不大于2时，振型数可取层数。对于不规则建筑，当考虑扭转耦联时，振型数应不小于9，但不能超过结构层的3倍，只有定义弹性楼板且按总刚分析法分析时，才可以取更多的振型。建筑抗震设计规范在条文说明中明确指出：振型数可以取振型参与质量达到总质量90％所需的振型数。目前许多程序已有这种功能，这是一个重要指标。如：对于某一建筑，选取的振型数为15，但振型参与质量系数只有50%，说明振型数取得不够，可能由于此建筑过于复杂或由于某些杆件不连续导致局部震动引起的，应仔细复核。
　　4.3正确选取重要的结构计算参数
　　4.3.1设计基本地震加速度
　　《建筑抗震设计规范》（GB50011一2001）中规定:抗震设防烈度为7度时,设计基本地震加速度值分别为0.1g 和0.15g两种,抗震设防烈度为8度时, 设计基本地震加速度值分别为0. 2 g和0.3g两种。计算中应严格注意地震区的划分,选取正确的设计基本地震加速度值,这一项对地震作用效应的影响极大。
　　4.3.2结构周期折减系数
　　框架结构由于填充墙的存在,使结构的实际刚度大于计算刚度,计算周期大于实际周期,因此,算出的地震作用效应偏小,使结构偏于不安全,因而对结构的计算周期进行折减是必要的,但如果折减系数取得过大也是不妥当的。对于框架结构来说,采用砌体填充墙时,周期折减系数可根据填充墙的材料及数量选取0.6～0.7;砌体填充墙较少或采用轻质砌块时,可取0.9;无墙的纯框架,计算周期可以不折减。
　　4.3.3梁刚度放大系数
　　结构设计计算软件的梁输入模型均为矩形截面,未考虑因存在楼板形成T 型截面而引起的刚度增大,造成结构的实际刚度大于计算刚度,算出的地震剪力偏小,使结构偏于不安全。因此计算时应将梁刚度进行放大,放大系数中梁取2.0、边梁取1.5为宜.
　　4.3.4活荷载的最不利布置
　　多层框架，尤其是活荷载较大时，是否进行活荷的最不利布置对计算结果影响较大。即使选用程序中给定的梁设计弯矩放大系数，也不一定能反映出工程的实际受力情况，有可能造成结构不安全或过于保守。考虑目前的计算机计算速度都比较快，笔者建议所有工程都应进行活荷载的最不利布置计算。
　　5 设计构造方面的问题
　　5.1框架节点核芯区箍筋配置应满足要求对于规范中规定的框架柱箍筋加密区的箍筋最小体积配箍率的要求，绝大部分设计人员都能给予足够的重视，但对于《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中规定的“一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10、0.08且体积配箍率分别不宜小于0.6％、0.5％，0.4％。”设计中经常被忽视，尤其是柱轴压比不大时，常常不满足要求。这一规定是保证节点核芯区延性的重要构造措施，应严格遵守。
　　5.2《底层框架柱箍筋加密区范围应满足要求建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中规定：“底层柱，柱根处箍筋加密区范围为不小于柱净高的1/3”这是新增加的要求，设计中应重点说明。
　　5.3框架梁的纵向配筋率应注意《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中规定：“当框架梁梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2％时，梁箍筋最小直径的数值应比表6．3．3中规定的数值增大2mm。”在目前设计中，这一规定常被忽视，造成梁端延性不足。
　　5.4框架梁上部纵筋端部水平锚固长度应满足要求混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)中规定：“框架端节点处，当框架梁上都纵筋水平直线段锚固长度不足时，应伸至柱外边并向下弯折，弯折前的水平投影长度不应小于0.4LaE。”当框架柱截面尺寸小于400×400mm时，应注意梁上部纵筋直径的选择，否则这一项要求不容易得到保证。
　　6 结语
　　随着建筑造型和建筑功能要求日趋多样化,无论是工业筑还是民用建筑,在结构设计中所遇到的各种难题也是日益增多,而作为一个结构设计者需要在遵循各种规范的前提下大胆灵活的解决一些结构方案上的难点、重点,并在工作实践中不断总结和完善。
　　
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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