鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)淺析
[摘要]在我國(guó)現(xiàn)在的多高層建筑中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用最普遍，其中鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是最常用的結(jié)構(gòu)形式。依據(jù)GB 5002022002 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和GB 5001122001 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)抗震等級(jí)的選取，振型組合數(shù)的合理選取，軸壓比限值等問題的計(jì)算容易被設(shè)計(jì)人員，進(jìn)行初步探討，并取得較好的效果，可供設(shè)計(jì)人員參考。
[關(guān)鍵詞]鋼筋混凝土 框架結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
一、概述
在我國(guó)現(xiàn)在的多高層建筑中，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是最常用的結(jié)構(gòu)形式。因?yàn)槠渚哂凶銐虻膹?qiáng)度，良好的延性和較強(qiáng)的整體性，目前廣泛用于地震設(shè)防地區(qū)。
在多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，筆者通過切身體會(huì)，總結(jié)歸納了一些不符合規(guī)范要求的問題。較常見的有在結(jié)構(gòu)施工圖中將場(chǎng)地類別寫成了場(chǎng)地土類別，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限與建筑施工圖不一致，抗震措施和抗震構(gòu)造措施不明確，柱縱筋在基礎(chǔ)內(nèi)錨固長(zhǎng)度不足，周期該折減而未折減等，應(yīng)引起足夠的重視。
二、框架結(jié)構(gòu)的耗能機(jī)理
框架結(jié)構(gòu)主要是以壓彎構(gòu)件——豎向框架柱和以彎剪構(gòu)件——水平框架梁組成的。實(shí)際工程計(jì)算的例子表明，框架結(jié)構(gòu)的延性很大程度上取決于框架梁和框架柱構(gòu)件本身的延性和屈服彎矩。
在地震作用下，框架結(jié)構(gòu)每經(jīng)過一個(gè)循環(huán)，加載時(shí)先是結(jié)構(gòu)吸收或儲(chǔ)存能量，卸載時(shí)釋放能量，但兩者不相等。兩者之差為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在一個(gè)循環(huán)中的“耗失能量”(耗能) ，也即一個(gè)滯回環(huán)內(nèi)所含的面積。結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的兩個(gè)注意問題
?。ㄒ唬┛拐鸬燃?jí)的選取
對(duì)于乙類建筑，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范3.1.322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(jí))在一般情況下，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6度～8度時(shí)，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求。實(shí)際設(shè)計(jì)中經(jīng)常發(fā)生抗震等級(jí)選錯(cuò)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(jì)規(guī)范表6.1.2確定，為一級(jí)抗震等級(jí)。
?。ǘ┱裥徒M合數(shù)的合理選取
應(yīng)按以下規(guī)則選取:對(duì)于較高層建筑，當(dāng)不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)，振型數(shù)應(yīng)不小于3；當(dāng)振型數(shù)多于3時(shí)，宜取為3的倍數(shù)(由于程序按3個(gè)振型一頁(yè)輸出)，但不能多于層數(shù)。當(dāng)房屋層數(shù)不大于2時(shí)，振型數(shù)可取層數(shù)。對(duì)于不規(guī)則建筑，當(dāng)考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)，振型數(shù)應(yīng)不小于9，但不能超過結(jié)構(gòu)層的3倍，只有定義彈性樓板且按總剛分析法分析時(shí)，才可以取更多的振型。建筑抗震設(shè)計(jì)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(dá)到總質(zhì)量90%所需的振型數(shù)。
目前satwe等程序已有這種功能，這是一個(gè)重要指標(biāo)。如:對(duì)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(dòng)引起的，應(yīng)仔細(xì)復(fù)核。
四、獨(dú)立基礎(chǔ)拉梁的問題
當(dāng)基礎(chǔ)埋置較深，為了減小底層柱計(jì)算高度及底層側(cè)向位移，可在±0. 000附近設(shè)置基礎(chǔ)拉梁，但不宜按構(gòu)造設(shè)置，宜按照框架要求設(shè)計(jì)，應(yīng)注意此時(shí)需將板厚取為0，定義彈性結(jié)點(diǎn)，按總剛分析法分析計(jì)算，且基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)成短柱基礎(chǔ)。
五、構(gòu)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(guī)范要求
GB 5001022002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范11.3.9明確規(guī)定了最小面積配筋率，容易被忽視。如：二級(jí)框架，500mm×800mm，C40，非加密區(qū)箍筋<8@200，四肢箍要求ρsv≥0.28ft/fyv=(0.28×1.71)/210=0.00228，實(shí)際ρsv=(50.3×4)/(200×500)=0.00200<0.00228，不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范。
?。ǘ┊?dāng)框架梁端縱向受拉筋配筋率大于2%時(shí)，箍筋直徑?jīng)]有增大2mm
設(shè)計(jì)中經(jīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范11.3.623的規(guī)定，導(dǎo)致箍筋直徑偏小。如：某二級(jí)框架梁截面尺寸為250mm×400mm，梁端負(fù)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(yīng)至少為10mm，原配箍筋直徑偏小。
?。ㄈ┛蚣芰杭用軈^(qū)箍筋肢距不滿足規(guī)范要求
如：寬300mm框架梁，箍筋為<10@100，兩肢箍，此時(shí)箍筋肢距為260mm。當(dāng)抗震等級(jí)為1級(jí)～3級(jí)時(shí)，不滿足GB 5001022002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范11.3.8的規(guī)定，應(yīng)在加密區(qū)范圍內(nèi)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(guī)范要求
按GB 5001022002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范10.3.123和11.4.13的規(guī)定，框架柱縱筋的凈距不宜小于50mm，且當(dāng)柱截面尺寸大于400mm時(shí)縱筋的間距不宜大于200mm。邊柱有可能會(huì)遇到這種情況，特別是當(dāng)邊跨較長(zhǎng)，柱的計(jì)算長(zhǎng)度較長(zhǎng)，沿邊跨方向框架的抗側(cè)剛度較弱時(shí)。這時(shí)框架柱邊跨方向計(jì)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(zhǎng)邊配4Φ25，兩方向均不滿足規(guī)范要求。
?。ㄎ澹┑叵率翼敯搴穸炔粔?nbsp;
按建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范6.1.4的規(guī)定，當(dāng)作為上部嵌固部位時(shí)，應(yīng)避免開大洞口，采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，且板厚不宜小于180mm，實(shí)際設(shè)計(jì)中在此種情況下經(jīng)常會(huì)忽視此條規(guī)定，導(dǎo)致板厚偏小。
?。┒讨恢梦疵鞔_
樓梯平臺(tái)梁或者雨篷梁支撐在框架柱上，容易形成短柱，應(yīng)按要求全長(zhǎng)加密箍筋?？蚣芡鈬畛鋲﹂_窗，由于窗臺(tái)處砌體對(duì)框架柱作用，容易形成短柱，也應(yīng)全長(zhǎng)加密。若不加密，可將砌體墻與框架柱設(shè)成柔性連接(如:墻柱之間留有縫隙，填充一些松散材料，但應(yīng)有鋼筋與柱拉結(jié))，或從邊框梁處出挑挑耳，上砌砌體填充墻，消除對(duì)框架柱的作用。
六、關(guān)于框架結(jié)構(gòu)電梯井的問題
由于在地震作用下高層框架結(jié)構(gòu)的位移較難控制，而多層框架結(jié)構(gòu)的位移控制要比其容易許多，故對(duì)于多層的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)電梯井，完全可以采用框架加填充墻形式，只是這時(shí)應(yīng)加密填充墻構(gòu)造柱，且應(yīng)注意加強(qiáng)電梯井周圍的框架梁柱的配筋，因其剛度影響在計(jì)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(huì)吸收較大地震力，相應(yīng)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(chǔ)設(shè)計(jì)也較為困難，故應(yīng)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)按有無鋼筋混凝土井筒分別計(jì)算，取最不利結(jié)果配筋，且對(duì)井筒墻壁采取做薄墻厚、構(gòu)造配筋、開豎縫、開計(jì)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(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體喪失穩(wěn)定性。
參考文獻(xiàn)：
[1]GB 5001022002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[2]GB 5001122001，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[3]GB 5000722002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[4]龔思禮. 建筑抗震設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1994.57273.
（中國(guó)混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處）
[關(guān)鍵詞]鋼筋混凝土 框架結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
一、概述
在我國(guó)現(xiàn)在的多高層建筑中，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是最常用的結(jié)構(gòu)形式。因?yàn)槠渚哂凶銐虻膹?qiáng)度，良好的延性和較強(qiáng)的整體性，目前廣泛用于地震設(shè)防地區(qū)。
在多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，筆者通過切身體會(huì)，總結(jié)歸納了一些不符合規(guī)范要求的問題。較常見的有在結(jié)構(gòu)施工圖中將場(chǎng)地類別寫成了場(chǎng)地土類別，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限與建筑施工圖不一致，抗震措施和抗震構(gòu)造措施不明確，柱縱筋在基礎(chǔ)內(nèi)錨固長(zhǎng)度不足，周期該折減而未折減等，應(yīng)引起足夠的重視。
二、框架結(jié)構(gòu)的耗能機(jī)理
框架結(jié)構(gòu)主要是以壓彎構(gòu)件——豎向框架柱和以彎剪構(gòu)件——水平框架梁組成的。實(shí)際工程計(jì)算的例子表明，框架結(jié)構(gòu)的延性很大程度上取決于框架梁和框架柱構(gòu)件本身的延性和屈服彎矩。
在地震作用下，框架結(jié)構(gòu)每經(jīng)過一個(gè)循環(huán)，加載時(shí)先是結(jié)構(gòu)吸收或儲(chǔ)存能量，卸載時(shí)釋放能量，但兩者不相等。兩者之差為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在一個(gè)循環(huán)中的“耗失能量”(耗能) ，也即一個(gè)滯回環(huán)內(nèi)所含的面積。結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的兩個(gè)注意問題
?。ㄒ唬┛拐鸬燃?jí)的選取
對(duì)于乙類建筑，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范3.1.322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(jí))在一般情況下，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6度～8度時(shí)，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求。實(shí)際設(shè)計(jì)中經(jīng)常發(fā)生抗震等級(jí)選錯(cuò)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(jì)規(guī)范表6.1.2確定，為一級(jí)抗震等級(jí)。
?。ǘ┱裥徒M合數(shù)的合理選取
應(yīng)按以下規(guī)則選取:對(duì)于較高層建筑，當(dāng)不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)，振型數(shù)應(yīng)不小于3；當(dāng)振型數(shù)多于3時(shí)，宜取為3的倍數(shù)(由于程序按3個(gè)振型一頁(yè)輸出)，但不能多于層數(shù)。當(dāng)房屋層數(shù)不大于2時(shí)，振型數(shù)可取層數(shù)。對(duì)于不規(guī)則建筑，當(dāng)考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)，振型數(shù)應(yīng)不小于9，但不能超過結(jié)構(gòu)層的3倍，只有定義彈性樓板且按總剛分析法分析時(shí)，才可以取更多的振型。建筑抗震設(shè)計(jì)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(dá)到總質(zhì)量90%所需的振型數(shù)。
目前satwe等程序已有這種功能，這是一個(gè)重要指標(biāo)。如:對(duì)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(dòng)引起的，應(yīng)仔細(xì)復(fù)核。
四、獨(dú)立基礎(chǔ)拉梁的問題
當(dāng)基礎(chǔ)埋置較深，為了減小底層柱計(jì)算高度及底層側(cè)向位移，可在±0. 000附近設(shè)置基礎(chǔ)拉梁，但不宜按構(gòu)造設(shè)置，宜按照框架要求設(shè)計(jì)，應(yīng)注意此時(shí)需將板厚取為0，定義彈性結(jié)點(diǎn)，按總剛分析法分析計(jì)算，且基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)成短柱基礎(chǔ)。
五、構(gòu)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(guī)范要求
GB 5001022002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范11.3.9明確規(guī)定了最小面積配筋率，容易被忽視。如：二級(jí)框架，500mm×800mm，C40，非加密區(qū)箍筋<8@200，四肢箍要求ρsv≥0.28ft/fyv=(0.28×1.71)/210=0.00228，實(shí)際ρsv=(50.3×4)/(200×500)=0.00200<0.00228，不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范。
?。ǘ┊?dāng)框架梁端縱向受拉筋配筋率大于2%時(shí)，箍筋直徑?jīng)]有增大2mm
設(shè)計(jì)中經(jīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范11.3.623的規(guī)定，導(dǎo)致箍筋直徑偏小。如：某二級(jí)框架梁截面尺寸為250mm×400mm，梁端負(fù)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(yīng)至少為10mm，原配箍筋直徑偏小。
?。ㄈ┛蚣芰杭用軈^(qū)箍筋肢距不滿足規(guī)范要求
如：寬300mm框架梁，箍筋為<10@100，兩肢箍，此時(shí)箍筋肢距為260mm。當(dāng)抗震等級(jí)為1級(jí)～3級(jí)時(shí)，不滿足GB 5001022002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范11.3.8的規(guī)定，應(yīng)在加密區(qū)范圍內(nèi)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(guī)范要求
按GB 5001022002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范10.3.123和11.4.13的規(guī)定，框架柱縱筋的凈距不宜小于50mm，且當(dāng)柱截面尺寸大于400mm時(shí)縱筋的間距不宜大于200mm。邊柱有可能會(huì)遇到這種情況，特別是當(dāng)邊跨較長(zhǎng)，柱的計(jì)算長(zhǎng)度較長(zhǎng)，沿邊跨方向框架的抗側(cè)剛度較弱時(shí)。這時(shí)框架柱邊跨方向計(jì)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(zhǎng)邊配4Φ25，兩方向均不滿足規(guī)范要求。
?。ㄎ澹┑叵率翼敯搴穸炔粔?nbsp;
按建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范6.1.4的規(guī)定，當(dāng)作為上部嵌固部位時(shí)，應(yīng)避免開大洞口，采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，且板厚不宜小于180mm，實(shí)際設(shè)計(jì)中在此種情況下經(jīng)常會(huì)忽視此條規(guī)定，導(dǎo)致板厚偏小。
?。┒讨恢梦疵鞔_
樓梯平臺(tái)梁或者雨篷梁支撐在框架柱上，容易形成短柱，應(yīng)按要求全長(zhǎng)加密箍筋?？蚣芡鈬畛鋲﹂_窗，由于窗臺(tái)處砌體對(duì)框架柱作用，容易形成短柱，也應(yīng)全長(zhǎng)加密。若不加密，可將砌體墻與框架柱設(shè)成柔性連接(如:墻柱之間留有縫隙，填充一些松散材料，但應(yīng)有鋼筋與柱拉結(jié))，或從邊框梁處出挑挑耳，上砌砌體填充墻，消除對(duì)框架柱的作用。
六、關(guān)于框架結(jié)構(gòu)電梯井的問題
由于在地震作用下高層框架結(jié)構(gòu)的位移較難控制，而多層框架結(jié)構(gòu)的位移控制要比其容易許多，故對(duì)于多層的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)電梯井，完全可以采用框架加填充墻形式，只是這時(shí)應(yīng)加密填充墻構(gòu)造柱，且應(yīng)注意加強(qiáng)電梯井周圍的框架梁柱的配筋，因其剛度影響在計(jì)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(huì)吸收較大地震力，相應(yīng)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(chǔ)設(shè)計(jì)也較為困難，故應(yīng)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)按有無鋼筋混凝土井筒分別計(jì)算，取最不利結(jié)果配筋，且對(duì)井筒墻壁采取做薄墻厚、構(gòu)造配筋、開豎縫、開計(jì)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(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體喪失穩(wěn)定性。
參考文獻(xiàn)：
[1]GB 5001022002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[2]GB 5001122001，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[3]GB 5000722002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[4]龔思禮. 建筑抗震設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1994.57273.
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