鄧寶琴

（合肥市城建房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，安徽 合肥 230001）

多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

鄧寶琴

（合肥市城建房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，安徽 合肥 230001）

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一，但其結(jié)構(gòu)設(shè)計中還存在許多問題。文章從結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、構(gòu)造措施、設(shè)計注意事項等方面探討了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要注意的問題。

鋼筋混凝土；多層框架結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計

改革開放以來，隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，我國的多層建筑也發(fā)展迅速，設(shè)計思想也在不斷更新。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是由樓板、梁、柱及基礎(chǔ)4種承重構(gòu)件組成的，由主梁、柱與基礎(chǔ)構(gòu)成平面框架，各平面框架再由連續(xù)梁連接起來而形成的空間結(jié)構(gòu)體系。在合理的高度和層數(shù)的情況下，框架結(jié)構(gòu)能夠提供較大的建筑空間，其平面布置靈活，可適合多種工藝與使用功能的要求。但是，在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，仍然存在著一些概念性和實際性的問題需要設(shè)計人員予以高度重視，以確保結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。

1.正確選取重要的結(jié)構(gòu)計算參數(shù)

結(jié)構(gòu)設(shè)計計算時，除了有合理的結(jié)構(gòu)方案、正確的結(jié)構(gòu)計算簡圖外，正確選擇抗震設(shè)防烈度和場地類別、合理選取電算軟件中的其他各項參數(shù)也是十分重要的。

1.1 結(jié)構(gòu)的抗震等級

工程設(shè)計中，各類房屋建筑首先應(yīng)當根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》（GB50223-2004）確定建筑類別。對于丙類建筑，其地震作用均按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度計算。對于乙類建筑，《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2001）3.1.3條第2款規(guī)定：地震作用應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求，但是抗震措施（主要體現(xiàn)為抗震等級）在一般情況下，當抗震設(shè)防烈度為6-8度時，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求；當為9度時，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求。實際設(shè)計中經(jīng)常發(fā)生抗震等級選錯的情況，如：位于8度區(qū)的某乙類建筑，應(yīng)按9度由《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》表6.1.2確定其抗震等級為一級。當8度地區(qū)的乙類建筑的高度超過表6.1.2規(guī)定的范圍時，還應(yīng)采取比一級抗震等級更有效的抗震措施。

1.2 設(shè)計基本地震加速度

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》3.2.2條中規(guī)定：抗震設(shè)防烈度為7度時，設(shè)計基本地震加速度值分別為0.1g和0.15g兩種，抗震設(shè)防烈度為8度時，設(shè)計基本地震加速度值分別為0.2g和0.3g兩種，這與89舊規(guī)范差別較大。計算中應(yīng)嚴格注意地震區(qū)的劃分，選取正確的設(shè)計基本地震加速度值，這一項對地震作用效應(yīng)的影響極大。

1.3 地震力振型組合數(shù)

對于較高層建筑，當不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時，振型數(shù)應(yīng)不小于3；當振型數(shù)多于3時，宜取為3的倍數(shù)，但不能多于層數(shù)；當房屋層數(shù)不大于2時，振型數(shù)可取層數(shù)。對于不規(guī)則建筑，當考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時，振型數(shù)應(yīng)不小于9；結(jié)構(gòu)層數(shù)較多或結(jié)構(gòu)剛度突變較大時，振型數(shù)應(yīng)多取，如結(jié)構(gòu)有轉(zhuǎn)換層，頂部有小塔樓等，振型數(shù)應(yīng)大于12或更多，但不能多于房屋層數(shù)的3倍；只有定義彈性樓板且按總剛分析法分析，有必要時，才可以取更多的振型。建筑抗震設(shè)計規(guī)范在條文說明中明確指出：振型數(shù)可以取振型參與質(zhì)量達到總質(zhì)量9 0%所需的振型數(shù)。如：對于某一建筑，選取的振型數(shù)為15，但振型參與質(zhì)量系數(shù)只有50%，說明振型數(shù)取得不夠，可能由于此建筑過于復(fù)雜或由于某些桿件不連續(xù)導(dǎo)致局部震動引起的，應(yīng)仔細復(fù)核。

1.4 結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)

框架結(jié)構(gòu)由于填充墻的存在，使結(jié)構(gòu)的實際剛度大于計算剛度，計算周期大于實際周期，因此，算出的地震作用效應(yīng)偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全，因而對結(jié)構(gòu)的計算周期進行折減是必要的，但如果折減系數(shù)取得過大也是不妥當?shù)摹τ诳蚣芙Y(jié)構(gòu)來說，采用砌體填充墻時，周期折減系數(shù)可根據(jù)填充墻的材料及數(shù)量選取0.6～0.7；砌體填充墻較少或采用輕質(zhì)砌塊時，可取0.9；無墻的純框架，計算周期可以不折減。

1.5 梁剛度放大系數(shù)

結(jié)構(gòu)設(shè)計計算軟件的梁輸入模型均為矩形截面，未考慮因存在樓板形成T型截面而引起的剛度增大，造成結(jié)構(gòu)的實際剛度大于計算剛度，算出的地震剪力偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全。因此計算時應(yīng)將梁剛度進行放大，放大系數(shù)中梁取2.0、邊梁取1.5為宜。

2.框架結(jié)構(gòu)構(gòu)造配筋

2.1 框架外挑梁配筋

由于占地面積的限制、使用功能的要求或結(jié)構(gòu)上的原因，工程上常在框架的梁端設(shè)計挑梁。由于框架梁的荷載與外挑梁的實際荷載值不同，因而框架梁與外挑梁的斷面尺寸會有所不同，而有的設(shè)計人員在繪圖時只是將框架梁上的某些主筋向外挑梁延伸了事，殊不知有些主筋根本無法伸進挑梁，這些差錯一般在施工時才會暴露出來，但為時已晚，許多鋼筋已截斷成型，這不僅影響了施工進度，而且也造成了不必要的損失。

框架梁外挑梁下常設(shè)置鋼筋混凝土柱。在柱的內(nèi)力和配筋計算中，有些設(shè)計人員對其受力概念不清，誤認為此為構(gòu)造柱，并且其配筋為構(gòu)造配筋，懸臂梁也未按計算配筋，這樣有可能導(dǎo)致水平荷載作用下承載力不足，為事故的發(fā)生埋下隱患。

2.2 框架邊柱柱頂配筋

對于框架結(jié)構(gòu)的高層建筑，水平荷載對結(jié)構(gòu)的傾覆力矩以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力與建筑高度的平方成正比；頂點位移與建筑高度的4次方成正比。水平荷載是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的控制因素?？蚣茼攲拥娘L(fēng)荷載較大，而屋面結(jié)構(gòu)荷重傳給邊柱的軸向總力比樓層邊柱總力要小，顯然柱頂有大偏心問題，頂層邊柱節(jié)點出現(xiàn)軸向力對截面重心的偏心距大于0.5倍的柱截面高度（e0＞0.5 h）。根據(jù)框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求，橫梁上部鋼筋應(yīng)全部伸入柱內(nèi)，且伸過橫梁下邊；柱內(nèi)一部分鋼筋伸到頂端，另一部分鋼筋伸到橫梁內(nèi)，其根數(shù)依據(jù)計算確定且不少于2根。設(shè)計人員在圖中經(jīng)常容易將邊柱柱角的鋼筋彎入梁內(nèi)，對這類問題，缺乏實踐經(jīng)驗的工程技術(shù)人員不易立即發(fā)現(xiàn)，而要等施工時才會察覺。問題的癥結(jié)在于柱寬大于梁寬，柱角的縱筋要完全伸入梁內(nèi)是辦不到的，對這種差錯應(yīng)引起設(shè)計人員的重視。

2.3 框架梁、柱箍筋配置

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第6.3.3條及6.3.8條對不同抗震等級的框架梁、柱箍筋加密區(qū)的最小箍筋直徑和最大箍筋間距都作了明確規(guī)定。根據(jù)這些規(guī)定，工程習(xí)慣上常取的梁、柱箍筋加密區(qū)最大間距為100mm，非加密區(qū)箍筋最大間距為200mm。電算程序信息中通常也內(nèi)定梁、柱箍筋加密區(qū)間距為100mm，由設(shè)計人員根據(jù)規(guī)范確定箍筋直徑和肢數(shù)。但是，在程序內(nèi)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兩肢箍筋時，多數(shù)情況下，非加密區(qū)箍筋間距若仍是200mm，會使梁的非加密區(qū)配箍不足。當框架梁中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(jié)構(gòu)抗震非常有利。這也是當梁端縱向受拉鋼筋配筋率大于2%時，規(guī)范規(guī)定梁的箍筋直徑應(yīng)比最小構(gòu)造直徑增大2mm的原因。對于框架柱，當框架內(nèi)定柱加密區(qū)箍筋間距為100mm時，在某些情況下，亦可能因非加密區(qū)箍筋間距采用200mm引起配箍不足。這里需要指出的是，梁、柱箍筋非加密區(qū)配箍驗算時可不考慮強剪弱彎的要求，即剪力設(shè)計值取加密區(qū)終點處外側(cè)的組合剪力設(shè)計值，并且不乘以剪力增大系數(shù)。

3.多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

3.1 強柱弱梁節(jié)點設(shè)計

這是為了實現(xiàn)在罕遇地展作用下，讓梁端形成塑形鉸，柱端處于非彈性工作狀態(tài)，而沒有屈服，但節(jié)點還處于彈性工作階段。強柱弱梁措施的強弱，也就是相對于梁端截面實際抗彎能力而言柱端截面抗彎能力增強幅度的大小，是決定由強震引起柱端截面屈服后塑性轉(zhuǎn)動能否不超過其塑性轉(zhuǎn)動能力，而且不致形成“層側(cè)移機構(gòu)”，從而使柱不被壓潰的關(guān)鍵控制措施。柱強于梁的幅度大小取決于梁端縱筋不可避免的構(gòu)造超配程度的大小，以及結(jié)構(gòu)在梁、柱端塑性鉸逐步形成過程中的塑性內(nèi)力重分布和動力特征的相應(yīng)變化。因此，當建筑許可時，盡可能將柱的截面尺寸做得大些，使柱的線剛度與梁的線剛度的比值盡可能大于1，并控制柱的軸壓比滿足規(guī)范要求，以增加延性。驗算截面承載力時，人為地將柱的設(shè)計彎矩按強柱弱梁原則調(diào)整放大，加強柱的配筋構(gòu)造。梁端縱向受拉鋼筋的配筋不得過高，以免在罕遇地展中進入屈服階段不能形成塑性鉸或塑性鉸轉(zhuǎn)移到立柱上。注意節(jié)點構(gòu)造，讓塑性鉸向梁跨內(nèi)移。

3.2 強剪弱彎剪力墻設(shè)計

為了提高抗震墻的變形能力，避免發(fā)生剪切破壞，對于一道截面較長的抗震墻，應(yīng)該利用洞口設(shè)置弱連梁，使墻體分為小開口墻、多肢墻或單肢墻，并使每個墻段的高寬比不小于2。所謂弱連梁，是指在地震作用下各層連梁的總約束彎矩不大于該墻段總地震彎矩的20%；連梁不能太強，以免水平地震作用下某個墻肢出現(xiàn)全截面受拉，這是比較危險的。但是，考慮到耗能，連梁又不能太弱，連梁弱到成為一般小梁時，墻肢就變成單肢墻，而單肢墻的延性很差，僅為多肢墻的一半，且單肢墻僅具有一道抗震防線，超靜定次數(shù)少，在地震作用下是很不利的。目前，有許多設(shè)計人員將結(jié)構(gòu)中門洞連梁、窗洞連梁都改為截面高度極小的二力桿件，這對結(jié)構(gòu)抗震是很不好的。在實際設(shè)計中，對連梁的剛度都要進行折減，這是因為剪力墻的剛度一般都很大，在水平力作用下，剪力墻中的連梁會因為很大的內(nèi)力而超過截面允許值，可靠的辦法是讓這些連梁先屈服，要使連梁能形成塑性鉸而不發(fā)生脆性破壞，連梁首先就必須滿足強剪弱彎的要求，對連梁的剛度進行折減實際上就是降低其抗彎能力。

強剪弱彎是保證構(gòu)件延性，防止脆性破壞的重要原則，它要求人為加大各承重構(gòu)件相對于其抗彎能力的抗剪承載力，使這些部位在結(jié)構(gòu)經(jīng)歷罕遇地震的過程中以足夠的保證率不出現(xiàn)脆性剪切失效。對于多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中的多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)梁應(yīng)注意抗剪驗算和構(gòu)造，使其滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4.總結(jié)

隨著建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化，無論是工業(yè)筑還是民用建筑，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中所遇到的各種難題也是日益增多，而作為一個結(jié)構(gòu)設(shè)計者需要在遵循各種規(guī)范的前提下大膽靈活的解決一些結(jié)構(gòu)方案上的難點、重點，并在工作實踐中不斷總結(jié)和完善。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)雖然相對比較簡單，但設(shè)計中仍有很多需要注意的問題，只有熟練地掌握規(guī)范，并具有良好的結(jié)構(gòu)概念以及長期的設(shè)計經(jīng)驗總結(jié)積累，才能設(shè)計出既安全又經(jīng)濟適用的優(yōu)秀作品。

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（責(zé)任編輯：殷和平）

TU973

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1671-752X（2012）02-0054-02

2012-01-09

鄧寶琴（1977-），女,安徽銅陵人，合肥市城建開發(fā)有限公司工程部工程師。