框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若干問題探討

吳曉祥

（合肥鐵路勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230001）

1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

1.1 基礎(chǔ)的選擇問題

在滿足承載力和變形的基本要求下，盡量采用比較經(jīng)濟(jì)的天然地基上的淺基礎(chǔ)。地基持力層的選擇應(yīng)從地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的整體性出發(fā)，綜合考慮場(chǎng)地土層的分布情況及穩(wěn)定性，土層的物理力學(xué)性質(zhì)，建筑物的體型、結(jié)構(gòu)類型和荷載性質(zhì)與大小，還要考慮地下水的影響，山區(qū)建筑還要考慮土坡度情況。

若土質(zhì)條件比較好，多層房屋一般采用條形基礎(chǔ)或獨(dú)立基礎(chǔ)。一般先由地基承載力和變形確定基礎(chǔ)底面尺寸，然后再進(jìn)行基礎(chǔ)截面設(shè)計(jì)驗(yàn)算?；A(chǔ)高度由混凝土抗沖切和剪切條件確定，基礎(chǔ)配筋則由基礎(chǔ)驗(yàn)算截面的抗彎能力確定。除滿足計(jì)算要求以外，還要滿足一些規(guī)范規(guī)定的構(gòu)造要求。要注意的是，在確定基礎(chǔ)底面尺寸或計(jì)算基礎(chǔ)沉降時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)地面以下基礎(chǔ)及其上覆土重力的作用；而在進(jìn)行基礎(chǔ)截面設(shè)計(jì)中，應(yīng)采用不計(jì)上覆土重力作用時(shí)的地基凈反力進(jìn)行計(jì)算。

若土質(zhì)條件不好，對(duì)于柱網(wǎng)和使用荷載都比較大的多層房屋(如工業(yè)廠房)，可以采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)、人工挖孔灌注樁基礎(chǔ)、機(jī)械鉆孔擴(kuò)底灌注樁等。樁端持力層應(yīng)選擇較硬土層或巖層。

1.2 獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的荷載取值問題

鋼筋混凝土多層框架房屋的基礎(chǔ)形式多采用的是柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，合理地選取荷載設(shè)計(jì)值，是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。實(shí)際工作中，常會(huì)出現(xiàn)2種情況：（1）依據(jù)GB50011-2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.2.1條指出的“當(dāng)?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)不存在軟弱粘性土層時(shí)，不超過8層且高度在25m 以下的一般民用框架房屋或基礎(chǔ)荷載相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房，可不必進(jìn)行天然地基和基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算”的要求，忽略風(fēng)荷載的影響；（2）在設(shè)計(jì)獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)，作用在基礎(chǔ)頂面上的外荷載（柱腳內(nèi)力設(shè)計(jì)值）只取軸力設(shè)計(jì)值、彎矩設(shè)計(jì)值而無(wú)剪力設(shè)計(jì)值，甚或只取軸力設(shè)計(jì)值。工程設(shè)計(jì)實(shí)踐證明，這2種情況的設(shè)計(jì)結(jié)果都會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)尺寸偏小、配筋偏少。如果在涉及混凝土多層框架房屋的整體計(jì)算分析中輸入風(fēng)荷載，讓軸力設(shè)計(jì)值、彎矩設(shè)計(jì)值和剪力設(shè)計(jì)值共同作用于柱腳，基礎(chǔ)本身及其上部結(jié)構(gòu)的安全就更為可靠。

1.3 基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)方案的確定

多層框架房屋基礎(chǔ)拉梁的設(shè)計(jì)方案應(yīng)視具體情況而定。一般來(lái)說，當(dāng)基礎(chǔ)埋深值大時(shí)，為了減小底層柱的計(jì)算長(zhǎng)度和底層的位移，可在±0.000 以下適當(dāng)位置設(shè)置基礎(chǔ)拉梁，但不宜按構(gòu)造要求設(shè)置，宜按框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，并規(guī)范規(guī)定設(shè)置箍筋加密區(qū)。當(dāng)獨(dú)立基礎(chǔ)埋置不深或者埋置雖深但采用了短柱基礎(chǔ)時(shí)，由于地基不良或柱子荷載差別較大，或根據(jù)抗震要求，可沿2個(gè)主軸方向設(shè)置構(gòu)造基礎(chǔ)拉梁：基礎(chǔ)拉梁截面寬度可取柱中心距的l/20～1/30，高度可取柱中心距的 1/12～1/18；構(gòu)造基礎(chǔ)拉梁的截面可取上述限值范圍的下限，縱向受力鋼筋可取所連接柱子的最大軸力設(shè)計(jì)值的10%作為拉力或壓力來(lái)計(jì)算。若為構(gòu)造配筋，除滿足最小配筋率外，也不得小于上下各2φ14，配筋不得小于φ8@200；若拉梁上作用有填充墻或樓梯柱等傳來(lái)的荷載時(shí)，拉梁截面應(yīng)適當(dāng)加大，算出的配筋應(yīng)和上述構(gòu)造配筋疊加。當(dāng)框架底層層高不大或者基礎(chǔ)埋置不深時(shí)，有時(shí)要把基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)得比較強(qiáng)大，以便用拉梁來(lái)平衡柱底彎矩，這時(shí)拉梁正彎矩鋼筋應(yīng)全跨拉通，負(fù)彎矩鋼筋至少應(yīng)在1/2 跨拉通，拉通正負(fù)彎矩鋼筋在框架柱內(nèi)的錨固、拉梁箍筋的加密及有關(guān)抗震構(gòu)造要求與上部框架梁完全相同；此時(shí)，拉梁宜設(shè)置在基礎(chǔ)頂部，不宜設(shè)置在基礎(chǔ)頂面之上。

2 框架結(jié)構(gòu)計(jì)算若干參數(shù)的選取

2.1 結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)

框架結(jié)構(gòu)及框架一抗震墻等結(jié)構(gòu)，由于填充墻的存在，使結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度，計(jì)算周期大于實(shí)際周期。因此，算出的地震剪力偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全，因而對(duì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期進(jìn)行折減是必要的，但對(duì)框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期不折減或折減系數(shù)取得過大，都是不妥當(dāng)?shù)?。?duì)框架結(jié)構(gòu)，采用砌體填充墻時(shí)，周期折減系數(shù)可取0.6～0.7；砌體填充墻較少或采用輕質(zhì)砌塊時(shí)，可取0.7～0.8：完全采用輕質(zhì)墻體板材時(shí)，可取0.9。只有無(wú)墻的純框架，計(jì)算周期才可能不折減。

2.2 框架梁、柱箍筋間距

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.3.3條及第6.3.8條對(duì)不抗震等級(jí)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做了明確規(guī)定。根據(jù)這些規(guī)定，設(shè)計(jì)時(shí)習(xí)慣上常取梁、柱箍筋加密區(qū)最大間距為100mm，非加密區(qū)箍筋最大問距為200mm。電算程序總信息中通常也內(nèi)定粱、柱箍筋加密區(qū)間距為100mm，并以此為依據(jù)計(jì)算出加密區(qū)箍筋面積，設(shè)計(jì)人員可根據(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(dāng)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雙肢箍筋時(shí)，多數(shù)情況下，非加密區(qū)箍筋間距采用200mm。會(huì)使梁的非加密區(qū)配筋不足。因此，建議程序內(nèi)定粱箍筋改為取梁的非加密區(qū)間距200mm。這樣，既可保證梁非加密區(qū)的抗剪承載力，又可適當(dāng)增加梁端箍筋加密區(qū)（箍筋間距為100mm）的抗剪能力，粱的強(qiáng)剪性能更能充分體現(xiàn)。當(dāng)框架梁由于種種原因縱向鋼筋超筋時(shí)，梁端適當(dāng)加大抗剪承載力，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震非常有利。這也是為什么當(dāng)梁端縱向受拉鋼筋配筋率大2%時(shí)，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(duì)于框架柱，當(dāng)框架內(nèi)定柱加密區(qū)箍筋問距為100mm時(shí)，在某些情況下，也可能因非加密區(qū)箍筋間距采用200mm 引起配筋不足。因此，也建議程序內(nèi)定柱的箍筋間距改為取柱的非加密區(qū)的箍筋間距200mm。這里需要指出的是，粱、柱箍筋非加密區(qū)配筋驗(yàn)算時(shí)，可不考慮強(qiáng)剪弱彎的要求，即剪力設(shè)計(jì)值取加密區(qū)終點(diǎn)處外側(cè)的組合剪力設(shè)計(jì)值，并且不乘以剪力增大系數(shù)。

2.3 梁扭矩的折減

現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)中，如果粱兩邊沒有樓板或有弧形梁時(shí)，扭矩折減系數(shù)應(yīng)為1.0；如果梁兩側(cè)均有樓板，應(yīng)對(duì)梁的扭矩進(jìn)行折減，折減系數(shù)一般為0.4。對(duì)于一般工程，梁的配筋應(yīng)計(jì)算兩次：一次對(duì)所有梁的扭矩折減，計(jì)算出兩側(cè)都有樓板的梁的配筋；另一次對(duì)所有的梁扭矩不折減。計(jì)算出一側(cè)有樓板或兩側(cè)都沒有樓板的梁的配筋。這樣計(jì)算結(jié)構(gòu)比較符合實(shí)際，這一點(diǎn)應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員的重視。

2.4 梁端負(fù)彎矩調(diào)整系數(shù)與梁彎矩放大系數(shù)

結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，框架梁在豎向荷載作用下，梁端負(fù)彎矩往往很大，造成鋼筋太密，無(wú)法施工；同時(shí)，由于框架結(jié)構(gòu)一般為超靜定結(jié)構(gòu)，框架梁在達(dá)到承載能力極限狀態(tài)之前，總會(huì)產(chǎn)生不同程度的塑性內(nèi)力重分布。因此可以適當(dāng)降低框架梁在豎向荷載作用下的負(fù)彎矩，通過平衡條件相應(yīng)增大梁跨中彎矩。應(yīng)注意這里只是降低梁在豎向荷載作用下的負(fù)彎矩，然后再與水平作用產(chǎn)生的彎矩組合設(shè)計(jì)。而梁彎矩放大系數(shù)僅在沒有考慮梁的活荷載不利布置時(shí)起作用，并且對(duì)梁的正負(fù)彎矩均起作用，且不可與考慮梁的活荷載不利布置同時(shí)考慮，這樣會(huì)引起梁彎矩增大，造成材料浪費(fèi)。

3 應(yīng)用平法圖集須注意的問題

框架柱如果采用剖面列表法表示配筋時(shí)，需注意每層樓面標(biāo)高以下的箍筋加密區(qū)長(zhǎng)度應(yīng)為框架梁高與規(guī)范規(guī)定的箍筋加密區(qū)長(zhǎng)度(1／6 柱凈高、柱截面高度、500mm 中的較大值)之和，因?yàn)镻KPM 軟件出圖時(shí)加密區(qū)長(zhǎng)度沒有包含梁高，而施工人員如果按圖施工，往往會(huì)造成箍筋加密區(qū)高度不夠。

另外，由于一層建筑地面是在主體結(jié)構(gòu)澆筑完畢后才施工的，如果一層地面為剛性地面，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.3.10.2條規(guī)定，柱箍筋在剛性地面上下各500mm 范圍內(nèi)應(yīng)加密，這一點(diǎn)往往被施工單位忽視，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)圖紙中應(yīng)有明確交待。

[1]楊濟(jì)維.對(duì)鋼筋混凝土多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的淺析.建材與裝飾，2009年第9期.

[2]胡愛坤，胡慶軍.混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需注意的問題.浙江建筑，2009年第10期.