談鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設計

張文蘭

(山西太行建設開發(fā)有限公司，山西陽泉 045000)

0 引言

隨著我國近些年經(jīng)濟的快速發(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)設計中遇到的各種難題也日益增多，結(jié)合規(guī)范，對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設計中，常出現(xiàn)的一些問題以及參數(shù)的選用進行了分析探討，提出了一些處理辦法。

1 構(gòu)造方面應注意的問題

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梁與其相連，使樓梯間處的柱可能成為短柱;當框架結(jié)構(gòu)外立面為帶形窗時，因設置連續(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，當混凝土抗剪強度不足時，則產(chǎn)生交叉裂縫及脆性錯斷，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、復合螺旋箍筋、雙螺旋箍筋等。對于剪跨比不大于2的柱和因設置填充墻等形成柱凈高與截面高度之比不大于4的柱，也應全長加密箍筋。2)當結(jié)構(gòu)嵌固部位不在地下室頂板而位于地下一層底板時，柱±0.000處上下兩端也應按柱根要求進行箍筋加密，加密區(qū)為本層柱凈高1/3。3)地上為圓柱時，地下部分應改為方柱，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，因為如布置在周邊，則變?yōu)橹闹饕芰︿摻盍?，柱就有可能由大偏心受壓破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樾∑氖軌旱拇嘈云茐模鹱⒁狻?)在多遇地震影響下，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，梁的支座負彎矩鋼筋完全可以根據(jù)其負彎矩包絡圖確定其延伸長度。但根據(jù)中震可修，大震不倒的抗震設計基本原則，在強烈地震作用下，結(jié)構(gòu)有可能進入彈塑性階段工作，此時梁支座負彎矩鋼筋應力可能達到屈服，并且充分發(fā)揮延性性能，其彎矩值要比按多遇地震計算所得的支座負彎矩值大許多，于是彎矩零點必定向跨中方向轉(zhuǎn)移，甚至跨中頂面附近也可能出現(xiàn)負彎矩，因此按多遇地震計算確定的支座負鋼筋延伸長度就顯得不足，于是GB 50011-2010建筑抗震設計規(guī)范第6.3.4條規(guī)定，對抗震等級為一，二級的框架梁，沿梁全長頂面配筋應不少于2φ14，且不應少于梁兩端頂面縱向配筋中較大面積的1/4。這點不能忽視。6)抗震設計時，限制框架柱的軸壓比主要為了保證柱的延性要求。抗震設計時，柱軸壓比不宜超出《建筑抗震設計規(guī)范》表6.3.6的規(guī)定。對于Ⅳ類場地上較高的高層建筑，其軸壓比應適當減小。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)設計規(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%。有的設計者對抗震等級為一、二級的鋼筋混凝土框架中的鋼筋未提出材料強度比限值要求。還有的設計者對梁高不大于300 mm的梁箍筋間距采用200 mm而未驗算V≤0.7bh0ft。8)基礎底板混凝土不宜大于C30，否則容易出現(xiàn)裂縫。柱應盡量采用高強度混凝土來滿足軸壓比的限制，減小斷面尺寸。

2 結(jié)構(gòu)計算方面的問題

2.1 框架梁端截面組合剪力設計值的結(jié)構(gòu)計算

有的設計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，框架抗震等級為二級。

若此梁左右兩端截面考慮地震作用組合的最不利彎矩設計值為:

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

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

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計值正確計算:

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

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

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

以逆時針方向的MtL+MbR絕對值較大，計算重力荷載代表值產(chǎn)生的剪力設計值VGb。

VGb=qLn/2=46×7×0.5=161 kN，二級抗震，由 GB 50011-2010建筑抗震設計規(guī)范第6.2.4條，ηvb=1.2，框架梁端截面組合剪力設計值 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)澆板配筋計算時，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)活荷載標準值的折減系數(shù)。舉例:六層教學樓，確定某柱第四層頂由活荷載標準值產(chǎn)生的內(nèi)力標準值。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，但第四層柱頂計算截面以上兩層的從屬面積為26×2=52 m2已超過50 m2，應乘以折減系數(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)教室的活荷載標準值2.5 kN/m2，則此柱的內(nèi)力標準值 N=0.9 ×26 ×2×2.5=117 kN。此外，PMCAD設置了按從屬面積對樓面梁的活荷載折減系數(shù)，與SATWE軟件設置的按樓層進行活荷載折減是不同的，通常選擇在一處對活荷載進行折減，如果兩處都選擇折減，則活荷載被折減了兩次，可能導致結(jié)構(gòu)不安全。3)計算單向地震作用時，未考慮偶然偏心的影響。對質(zhì)量與剛度分布明顯不對稱、不均勻的結(jié)構(gòu)，仍按單向水平地震作用進行計算。對Y形、弧形、井字形平面建筑，風荷載體型系數(shù)仍取1.3是錯的。4)樓層組裝時，為保證首層豎向構(gòu)件計算長度正確，該樓層底標高應從基礎頂面起算，不是按首層層高輸入。5)樓梯間沒有樓板，也應布置板厚為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，應按實際情況修改此參數(shù)，通常輸入26 kN/m3。7)TAT和SATWE計算柱配筋:選擇“按單偏壓計算”，在計算X方向配筋時不考慮Y向鋼筋的作用，計算結(jié)果具有唯一性。選擇“按雙偏壓計算”，在計算X方向配筋時要考慮與Y向鋼筋疊加，框架柱作為豎向構(gòu)件配筋計算時會多達幾十種組合，而每一種組合都會產(chǎn)生不同的X向和Y向配筋，計算結(jié)果不具有唯一性，雙偏壓計算是多解的，有可能配筋較大。建議采用單偏壓計算，雙偏壓驗算。用SATWE軟件第4項(分析結(jié)果圖形和文本顯示)里鋼筋驗算。8)梁活荷載內(nèi)力放大系數(shù):只對梁在滿布活荷載下的內(nèi)力進行放大，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)力計算時，當樓面活荷載大于4 kN/m2，應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《建筑抗震設計規(guī)范》第3.4章的平面不規(guī)則的多層建筑，也應考慮偶然偏心的影響。

3 結(jié)語

在進行結(jié)構(gòu)設計時，熟練地掌握規(guī)范還不夠，還應根據(jù)自己在工程中積累的經(jīng)驗，正確的處理結(jié)構(gòu)設計中的問題，才能設計出既安全又經(jīng)濟適用的優(yōu)秀設計。