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鋼筋混凝土框架結構的設計探析

發布時間：2014-08-05

在我國現在的多高層建筑中，鋼筋混凝土結構應用最普遍，其中鋼筋混凝土框架結構是最常用的結構形式。依據GB 5002022002 混凝土結構設計規范和GB 5001122001 建筑結構抗震設計規范，對抗震等級的選取，振型組合數的合理選取，軸壓比限值等問題的計算容易被設計人員，進行初步探討，并取得較好的效果，可供設計人員參考。
　　　　

　　一、概述
　　
　　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。因為其具有足夠的強度，良好的延性和較強的整體性，目前廣泛用于地震設防地區。
　　在多層鋼筋混凝土框架結構的設計過程中，筆者通過切身體會，總結歸納了一些不符合規范要求的問題。較常見的有在結構施工圖中將場地類別寫成了場地土類別，結構設計使用年限與建筑施工圖不一致，抗震措施和抗震構造措施不明確，柱縱筋在基礎內錨固長度不足，周期該折減而未折減等，應引起足夠的重視。
　　
　　二、框架結構的耗能機理
　　
　　框架結構主要是以壓彎構件——豎向框架柱和以彎剪構件——水平框架梁組成的。實際工程計算的例子表明，框架結構的延性很大程度上取決于框架梁和框架柱構件本身的延性和屈服彎矩。
　　在地震作用下，框架結構每經過一個循環，加載時先是結構吸收或儲存能量，卸載時釋放能量，但兩者不相等。兩者之差為結構或構件在一個循環中的“耗失能量”(耗能) ，也即一個滯回環內所含的面積。結構吸收的地震能量可以由力——位移曲線所包圍的面積來表示。
　　
　　三、鋼筋混凝土框架結構設計中的兩個注意問題
　　
　�。ㄒ唬�抗震等級的選取
　　對于乙類建筑，建筑抗震設計規范3.1.322規定:地震作用應符合本地區抗震設防烈度的要求，但是抗震措施(主要體現為抗震等級)在一般情況下，當抗震設防烈度為6度～8度時，應符合本地區抗震設防烈度提高一度的要求。實際設計中經常發生抗震等級選錯的情況，如:位于8度區的某乙類建筑，應按9度由建筑抗震設計規范表6.1.2確定，為一級抗震等級。
　�。ǘ┱裥徒M合數的合理選取
　　應按以下規則選取:對于較高層建筑，當不考慮扭轉耦聯時，振型數應不小于3；當振型數多于3時，宜取為3的倍數(由于程序按3個振型一頁輸出)，但不能多于層數。當房屋層數不大于2時，振型數可取層數。對于不規則建筑，當考慮扭轉耦聯時，振型數應不小于9，但不能超過結構層的3倍，只有定義彈性樓板且按總剛分析法分析時，才可以取更多的振型。建筑抗震設計規范在條文說明中明確指出:振型數可以取振型參與質量達到總質量90%所需的振型數。
　　目前satwe等程序已有這種功能，這是一個重要指標。如:對于某一建筑，選取的振型數為15，但振型參與質量系數只有50%，說明振型數取得不夠，可能由于此建筑過于復雜或由于某些桿件不連續導致局部震動引起的，應仔細復核。
　　
　　四、獨立基礎拉梁的問題
　　
　　當基礎埋置較深，為了減小底層柱計算高度及底層側向位移，可在±0. 000附近設置基礎拉梁，但不宜按構造設置，宜按照框架要求設計，應注意此時需將板厚取為0，定義彈性結點，按總剛分析法分析計算，且基礎應設成短柱基礎。

　五、構造方面的若干問題
　　
　�。ㄒ唬┛蚣芰旱耐ǔＣ娣e配筋率ρsv不滿足規范要求
　　GB 5001022002混凝土結構設計規范11.3.9明確規定了最小面積配筋率，容易被忽視。如：二級框架，500mm×800mm，C40，非加密區箍筋<8@200，四肢箍要求ρsv≥0.28ft/fyv=(0.28×1.71)/210=0.00228，實際ρsv=(50.3×4)/(200×500)=0.00200<0.00228，不滿足設計規范。
　�。ǘ┊斂蚣芰憾丝v向受拉筋配筋率大于2%時，箍筋直徑沒有增大2mm
　　設計中經常碰到梁端縱向受拉筋配筋率大于2%的情況，往往不注意GB 5001022002混凝土結構設計規范11.3.623的規定，導致箍筋直徑偏小。如：某二級框架梁截面尺寸為250mm×400mm，梁端負筋為4Φ25，混凝土為C30，箍筋為<8@100，可知梁端縱向受拉筋配筋率為(490.9×4)/(250×365)=2.15%>2%，故箍筋直徑應至少為10mm，原配箍筋直徑偏小。
　�。ㄈ┛蚣芰杭用軈^箍筋肢距不滿足規范要求
　　如：寬300mm框架梁，箍筋為<10@100，兩肢箍，此時箍筋肢距為260mm。當抗震等級為1級～3級時，不滿足GB 5001022002混凝土結構設計規范11.3.8的規定，應在加密區范圍內加一根拉筋，成三肢箍，可滿足要求。
　�。ㄋ模┛蚣苤v筋間距和凈距不滿足規范要求
　　按GB 5001022002混凝土結構設計規范10.3.123和11.4.13的規定，框架柱縱筋的凈距不宜小于50mm，且當柱截面尺寸大于400mm時縱筋的間距不宜大于200mm。邊柱有可能會遇到這種情況，特別是當邊跨較長，柱的計算長度較長，沿邊跨方向框架的抗側剛度較弱時。這時框架柱邊跨方向計算配筋較大，另一方向配筋較小，如某框架柱高7.0m，截面尺寸為500mm×700mm，短邊配8Φ25，長邊配4Φ25，兩方向均不滿足規范要求。
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　　按建筑抗震設計規范6.1.4的規定，當作為上部嵌固部位時，應避免開大洞口，采用現澆結構，且板厚不宜小于180mm，實際設計中在此種情況下經常會忽視此條規定，導致板厚偏小。
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　　樓梯平臺梁或者雨篷梁支撐在框架柱上，容易形成短柱，應按要求全長加密箍筋。框架外圍填充墻開窗，由于窗臺處砌體對框架柱作用，容易形成短柱，也應全長加密。若不加密，可將砌體墻與框架柱設成柔性連接(如:墻柱之間留有縫隙，填充一些松散材料，但應有鋼筋與柱拉結)，或從邊框梁處出挑挑耳，上砌砌體填充墻，消除對框架柱的作用。
　　
　　六、關于框架結構電梯井的問題
　　
　　由于在地震作用下高層框架結構的位移較難控制，而多層框架結構的位移控制要比其容易許多，故對于多層的鋼筋混凝土框架結構電梯井，完全可以采用框架加填充墻形式，只是這時應加密填充墻構造柱，且應注意加強電梯井周圍的框架梁柱的配筋，因其剛度影響在計算中無法反映出來。若要將電梯井做成鋼筋混凝土形式，由于井筒會吸收較大地震力，相應減少框架部分吸收的地震力，則框架部分偏于不安全，且井筒基礎設計也較為困難，故應對整個結構按有無鋼筋混凝土井筒分別計算，取最不利結果配筋，且對井筒墻壁采取做薄墻厚、構造配筋、開豎縫、開計算洞等辦法來弱化電梯井剛度。這樣的墻體布置，在地震作用下不至于由于電梯井筒的破壞，而導致結構整體喪失穩定性。
　　
　　參考文獻：
　　[1]GB 5001022002，混凝土結構設計規范[S].
　　[2]GB 5001122001，建筑抗震設計規范[S].
　　[3]GB 5000722002，建筑地基基礎設計規范[S].
　　[4]龔思禮. 建筑抗震設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，1994.57273.

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