張文蘭

(山西太行建設(shè)開發(fā)有限公司，山西陽泉 045000)

0 引言

隨著我國(guó)近些年經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，框架結(jié)構(gòu)房屋普遍采用，建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的各種難題也日益增多，結(jié)合規(guī)范，對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常出現(xiàn)的一些問題以及參數(shù)的選用進(jìn)行了分析探討，提出了一些處理辦法。

1 構(gòu)造方面應(yīng)注意的問題

1)框架結(jié)構(gòu)主要是以壓彎構(gòu)件(豎向框架柱)和彎剪構(gòu)件(水平框架梁)組成的。大跨度柱網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)，樓梯間處的框架柱由于樓梯平臺(tái)梁與其相連，使樓梯間處的柱可能成為短柱;當(dāng)框架結(jié)構(gòu)外立面為帶形窗時(shí)，因設(shè)置連續(xù)的窗過梁，使外框架柱也可能成為短柱。由于短柱剛度大，吸收地震作用使其受剪，當(dāng)混凝土抗剪強(qiáng)度不足時(shí)，則產(chǎn)生交叉裂縫及脆性錯(cuò)斷，從而引起構(gòu)筑物的破壞。所以增加箍筋的配置，在短柱范圍內(nèi)箍筋的間距不應(yīng)大于100 mm，柱的縱向鋼筋間距不大于150 mm;采用良好的箍筋類型，如螺旋箍筋、復(fù)合螺旋箍筋、雙螺旋箍筋等。對(duì)于剪跨比不大于2的柱和因設(shè)置填充墻等形成柱凈高與截面高度之比不大于4的柱，也應(yīng)全長(zhǎng)加密箍筋。2)當(dāng)結(jié)構(gòu)嵌固部位不在地下室頂板而位于地下一層底板時(shí)，柱±0.000處上下兩端也應(yīng)按柱根要求進(jìn)行箍筋加密，加密區(qū)為本層柱凈高1/3。3)地上為圓柱時(shí)，地下部分應(yīng)改為方柱，施工方便。圓柱縱筋根數(shù)最少為8根，箍筋用螺旋箍，并注明端部設(shè)一圈半的水平段。方柱箍筋用井字箍并按規(guī)范加密。角柱、樓梯間柱應(yīng)增大縱筋并全柱高加密箍筋。幼兒園宜用圓柱，柱內(nèi)不得穿暖氣管。4)在框架柱截面中部設(shè)置芯柱，不僅提高了柱的受壓承載力，也可以提高柱的變形能力，有利于在大變形情況下防止倒塌，但其縱向鋼筋不能布置在柱截面周邊，因?yàn)槿绮贾迷谥苓?，則變?yōu)橹闹饕芰︿摻盍耍陀锌赡苡纱笃氖軌浩茐霓D(zhuǎn)變?yōu)樾∑氖軌旱拇嘈云茐?，要引起注意?)在多遇地震影響下，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，梁的支座負(fù)彎矩鋼筋完全可以根據(jù)其負(fù)彎矩包絡(luò)圖確定其延伸長(zhǎng)度。但根據(jù)中震可修，大震不倒的抗震設(shè)計(jì)基本原則，在強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)有可能進(jìn)入彈塑性階段工作，此時(shí)梁支座負(fù)彎矩鋼筋應(yīng)力可能達(dá)到屈服，并且充分發(fā)揮延性性能，其彎矩值要比按多遇地震計(jì)算所得的支座負(fù)彎矩值大許多，于是彎矩零點(diǎn)必定向跨中方向轉(zhuǎn)移，甚至跨中頂面附近也可能出現(xiàn)負(fù)彎矩，因此按多遇地震計(jì)算確定的支座負(fù)鋼筋延伸長(zhǎng)度就顯得不足，于是GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范第6.3.4條規(guī)定，對(duì)抗震等級(jí)為一，二級(jí)的框架梁，沿梁全長(zhǎng)頂面配筋應(yīng)不少于2φ14，且不應(yīng)少于梁兩端頂面縱向配筋中較大面積的1/4。這點(diǎn)不能忽視。6)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，限制框架柱的軸壓比主要為了保證柱的延性要求。抗震設(shè)計(jì)時(shí)，柱軸壓比不宜超出《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》表6.3.6的規(guī)定。對(duì)于Ⅳ類場(chǎng)地上較高的高層建筑，其軸壓比應(yīng)適當(dāng)減小。這里所說的“較高的高層建筑”指高于40 m的框架結(jié)構(gòu)或高于60 m的其他結(jié)構(gòu)體系的混凝土房屋。7)GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第11.3.7條規(guī)定:框架梁端縱向受拉筋配筋率不宜大于2.5%。有的設(shè)計(jì)者對(duì)抗震等級(jí)為一、二級(jí)的鋼筋混凝土框架中的鋼筋未提出材料強(qiáng)度比限值要求。還有的設(shè)計(jì)者對(duì)梁高不大于300 mm的梁箍筋間距采用200 mm而未驗(yàn)算V≤0.7bh0ft。8)基礎(chǔ)底板混凝土不宜大于C30，否則容易出現(xiàn)裂縫。柱應(yīng)盡量采用高強(qiáng)度混凝土來滿足軸壓比的限制，減小斷面尺寸。

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的問題

2.1 框架梁端截面組合剪力設(shè)計(jì)值的結(jié)構(gòu)計(jì)算

有的設(shè)計(jì)者未乘梁剪力增大系數(shù)(ηvb=1.2)，有的誤將根據(jù)梁兩端同一方向彎矩值求出的剪力和重力荷載代表值產(chǎn)生的剪力相加后乘以剪力增大系數(shù)。

例:框架梁截面尺寸b×h=250 mm×550 mm，h0=515 mm，框架抗震等級(jí)為二級(jí)。

若此梁左右兩端截面考慮地震作用組合的最不利彎矩設(shè)計(jì)值為:

左端上:MtL=420 kN·m(逆時(shí)針);左端下:MbL=210 kN·m(順時(shí)針)。

右端上:MtR=360 kN·m(順時(shí)針);右端下:MbR=175 kN·m(逆時(shí)針)。

梁上作用均布荷載q=46.0 kN/m，梁凈跨Ln=7.0m，此框架梁端截面組合剪力設(shè)計(jì)值正確計(jì)算:

根據(jù)《抗震規(guī)范》第6.2.4 條公式(6.2.4-1)計(jì)算:

其中，V為梁端截面組合的剪力設(shè)計(jì)值;Ln為梁的凈跨;VGb為梁在重力荷載代表值作用下，按簡(jiǎn)支梁分析的梁端截面剪力設(shè)計(jì)值;MbL，MbR分別為梁左右端逆時(shí)針或順時(shí)針方向組合的彎矩設(shè)計(jì)值。

順時(shí)針方向:MbL+MtR=210+360=570 kN·m;逆時(shí)針方向:MtL+MbR=420+175=595 KN·m。

以逆時(shí)針方向的MtL+MbR絕對(duì)值較大，計(jì)算重力荷載代表值產(chǎn)生的剪力設(shè)計(jì)值VGb。

VGb=qLn/2=46×7×0.5=161 kN，二級(jí)抗震，由 GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范第6.2.4條，ηvb=1.2，框架梁端截面組合剪力設(shè)計(jì)值 Vb=ηvb(MtL+MbR)/Ln+VGb=1.2×595/7.0+161=263 kN。

2.2 參數(shù)如何選用的問題

1)現(xiàn)澆板配筋計(jì)算時(shí)，可考慮塑性內(nèi)力重分布，將板上筋乘以0.8～0.9的折減系數(shù)，將板下筋乘以1.1～1.2的放大系數(shù)。2)活荷載標(biāo)準(zhǔn)值的折減系數(shù)。舉例:六層教學(xué)樓，確定某柱第四層頂由活荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值。已知此柱第四層頂?shù)膹膶倜娣e為26 m2。正確方法:此柱雖然每一樓層的從屬面積不足50 m2，但第四層柱頂計(jì)算截面以上兩層的從屬面積為26×2=52 m2已超過50 m2，應(yīng)乘以折減系數(shù)0.9。(依據(jù)GB 50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的5.1.2條規(guī)定)教室的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值2.5 kN/m2，則此柱的內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值 N=0.9 ×26 ×2×2.5=117 kN。此外，PMCAD設(shè)置了按從屬面積對(duì)樓面梁的活荷載折減系數(shù)，與SATWE軟件設(shè)置的按樓層進(jìn)行活荷載折減是不同的，通常選擇在一處對(duì)活荷載進(jìn)行折減，如果兩處都選擇折減，則活荷載被折減了兩次，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不安全。3)計(jì)算單向地震作用時(shí)，未考慮偶然偏心的影響。對(duì)質(zhì)量與剛度分布明顯不對(duì)稱、不均勻的結(jié)構(gòu)，仍按單向水平地震作用進(jìn)行計(jì)算。對(duì)Y形、弧形、井字形平面建筑，風(fēng)荷載體型系數(shù)仍取1.3是錯(cuò)的。4)樓層組裝時(shí)，為保證首層豎向構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度正確，該樓層底標(biāo)高應(yīng)從基礎(chǔ)頂面起算，不是按首層層高輸入。5)樓梯間沒有樓板，也應(yīng)布置板厚為0的樓板，并布置樓梯活荷載。6)混凝土容重初始值為25.0 kN/m3。考慮構(gòu)件抹灰及裝飾層重量時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況修改此參數(shù)，通常輸入26 kN/m3。7)TAT和SATWE計(jì)算柱配筋:選擇“按單偏壓計(jì)算”，在計(jì)算X方向配筋時(shí)不考慮Y向鋼筋的作用，計(jì)算結(jié)果具有唯一性。選擇“按雙偏壓計(jì)算”，在計(jì)算X方向配筋時(shí)要考慮與Y向鋼筋疊加，框架柱作為豎向構(gòu)件配筋計(jì)算時(shí)會(huì)多達(dá)幾十種組合，而每一種組合都會(huì)產(chǎn)生不同的X向和Y向配筋，計(jì)算結(jié)果不具有唯一性，雙偏壓計(jì)算是多解的，有可能配筋較大。建議采用單偏壓計(jì)算，雙偏壓驗(yàn)算。用SATWE軟件第4項(xiàng)(分析結(jié)果圖形和文本顯示)里鋼筋驗(yàn)算。8)梁活荷載內(nèi)力放大系數(shù):只對(duì)梁在滿布活荷載下的內(nèi)力進(jìn)行放大，一般取值1.1～1.2，如已輸入梁活荷載不利布置樓層數(shù)，則選擇《高層規(guī)程》5.1.8規(guī)定:“高層建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算時(shí)，當(dāng)樓面活荷載大于4 kN/m2，應(yīng)考慮樓面活荷載不利布置引起的梁彎矩的增大?！痹诹夯詈奢d不利布置最高層號(hào)輸入N，表示從1～N各層考慮梁活荷載的不利布置。輸入0表示全樓各層都不考慮梁活荷載的不利布置。9)對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)，通常選擇考慮偶然偏心。但是符合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.4章的平面不規(guī)則的多層建筑，也應(yīng)考慮偶然偏心的影響。

3 結(jié)語

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，熟練地掌握規(guī)范還不夠，還應(yīng)根據(jù)自己在工程中積累的經(jīng)驗(yàn)，正確的處理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題，才能設(shè)計(jì)出既安全又經(jīng)濟(jì)適用的優(yōu)秀設(shè)計(jì)。