浅谈钢筋混凝土框架结构设计
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摘要:钢筋混凝土框架结构是目前应用最广泛的结构形式之一，但目前的设计中还是经常存在一些问题，需要加以注意。本文针对钢筋混凝土框架结构的设计，简述了在设计中需要注意的一些问题。
关键词：钢筋混凝土 框架结构设计
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 钢筋混凝土框架结构设计方法的综述
自19世纪末，钢筋混凝土框架结构在土木工程中出现以来，随着生产实践的经验积累和科学研究的不断进步，钢筋混凝土框架结构的设计方法在不断的发展和完善，先后经历了容许应力设计方法、破损阶段设计方法和极限状态设计方法。
容许应力法以线弹性设计方法为基础，要求在使用荷载作用下构件截面的应力不大干容许应力，截面应力按线弹性设计方法求出，容许应力是用材料的强度除以安全系数求得。容许应力法仅考虑材料的弹性性质，容许应力取值也无科学依据，框架结构设计是否安全可靠无法用实验来验证。
破损阶段法以塑性设计方法为基础，要求在使用荷载作用下构件截面的内力不大于破坏时内力除以某一安全系数，破损阶段法使构件有了总的安全度的概念，可以说它开创了一个新局面。但它仍存在一些重大的缺点：只保证了构件的强度，但却无法了解构件正常使用是否满足要求；安全系数取值仍须经验，并无严格科学依据；单一安全系数不能对不同荷载、材料、构件区别对待，从而正确地度量框架结构的安全度。
极限状态法是破损阶段的发展，它规定了框架结构的极限状态，并把单一安全系数改为三个分项系数，即荷载系数、材料系数和工作系数，从而把不同荷载、材料、构件区别对待，使构件具有比较一致的安全度。
从本质上讲，破损阶段设计法和极限状态设计法中的承载力极限状态设计所依据的都是极限强度设计方法。极限强度设计方法的基本原则是求出截面破坏时的极限承载力，然后控制截面在使用荷载作用下的内力不大于破坏时的极限承载力除以某个考虑安全的系数。系数可用单一系数，即破损阶段法；也可用分项系数，即极限状态法。随着可靠度设计方法的发展，安全系数的取值已经从传统的定值设计法发展到今天的半概率设计法，又在向近似概率设计法发展，使框架结构设计的极限状态设计方法向更完善、更科学的方向发展。但是，只有框架结构的极限承载力得以准确评估后，框架结构安全系数更为精确、科学的取值才会更有意义，框架结构安全度才能得到充分保证。
可见，钢筋混凝土框架结构设计是十分重要的一项工作，设计的科学性对框架结构设计的经济性、安全性和可靠性都有十分重大的意义。
2框架结构方案构思时应考虑以下几点
（1）结构的传力路线应简捷明了。在荷载作用下，结构的传力路线越短、越直接，结构的工作效能越高，'所耗费的建材也就越少。
（20从力学观点看，在民用和公共建筑的平面布局中，应当尽量使柱网按开间等跨和进深等距(或近似于等距)布置，这样可以相应减少边跨柱距，也可以充分利用连续梁的受力特点以减少结构中的弯距，可以使各跨梁截面趋于一致，而提高结构的整体刚度。
（3） 结构方案还应结合工程地质情况和建筑功能要求综合考虑。
3 框架结构设计应注意的几个问题
3.1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。
3.2 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。
3．3正确选取重要的结构计算参数
（1）设计基本地震加速度
《建筑抗震设计规范》（GB50011 一2010）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. 1 g 和0. 15 g 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. 3 g 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。
（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。
（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）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。
3.4设计构造方面的问题
（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》(GB50011-2010)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。
（2）. 框架梁的纵向配筋率应注意
《建筑抗震设计规范》(GB50011一2010)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。
（3）. 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。
4结束语
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。
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