多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

袁莉

摘要：隨著我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展，鋼筋混凝土多層框架結(jié)構(gòu)在建筑工程建設(shè)中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。目前在國(guó)內(nèi)外很多建筑物中都采用多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要有兩種性質(zhì)不同的材料鋼筋和混凝土所組成。多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在著結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度較小的缺點(diǎn)，如果發(fā)生地震，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生變形，這方面應(yīng)及時(shí)加以避免。因此，在設(shè)計(jì)和施工過程中對(duì)這些問題需要進(jìn)行注意和解決，本文主要對(duì)多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：多層、鋼筋混凝土、框架結(jié)構(gòu)

一、前言

隨著建筑造型和建筑功能日趨多樣化和我國(guó)鋼材量的需求也在大幅提升，導(dǎo)致多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)廣泛使用，無論是在工業(yè)建筑或是民用建筑中，多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)都是非常好的建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雖然在實(shí)際形式上看似比較簡(jiǎn)單，但如果設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)不到位，那引起的后果是相當(dāng)嚴(yán)重的，甚至?xí)绊懙秸麄€(gè)建筑工程的施工進(jìn)度與施工安全。因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之時(shí)，必須有針對(duì)性地解決以上問題，并做到逐一進(jìn)行落實(shí)，從而確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

二、多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到延性要求的措施

為保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要采用一系列的構(gòu)造措施實(shí)現(xiàn)，比如在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中所規(guī)定的梁和柱的剪壓比，柱的軸壓比，梁端截面受壓區(qū)高度限值，梁和柱端箍筋加密區(qū)及最大最小配筋率等等。一般為了滿足梁和柱的剪壓比，柱的軸壓比的要求，可以增加梁柱的截面面積及混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，當(dāng)滿足了這些規(guī)定之后，便可以提高框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的延性。

2、結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)的確定

在對(duì)建筑工程進(jìn)行施工設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先就需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)進(jìn)行確定。對(duì)于一般的民用住宅建筑、公寓和辦公樓等建筑，這些房屋建筑多數(shù)的抗震等級(jí)是屬于丙類建筑的。還有一些醫(yī)療類建筑，大型商場(chǎng)或者是體育場(chǎng)館等公共建筑，對(duì)這些建筑進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)確定的時(shí)候，一般會(huì)確定為乙類建筑。對(duì)于一般的丙類建筑，如果抗震設(shè)防的烈度不大，一般不需要采取專門的抗震措施。而對(duì)于那些抗震設(shè)防烈度在6～8度的乙類建筑，為了確保人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，一定要采取相應(yīng)的抗震措施設(shè)計(jì)。在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)進(jìn)行確定的時(shí)候，一般需要在本地區(qū)的抗震設(shè)防烈度的基礎(chǔ)上再增加一度，這就是建筑結(jié)構(gòu)所需設(shè)計(jì)的抗震等級(jí)。

3、結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)的確定

對(duì)于房屋建筑中的框架結(jié)構(gòu)，由于有填充墻的存在，這樣就會(huì)使得框架結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度比計(jì)算的剛度大，所進(jìn)行計(jì)算的周期又會(huì)比實(shí)際的周期大，這樣所計(jì)算出來的框架結(jié)構(gòu)的地震剪力偏小，從而使得建筑結(jié)構(gòu)的安全性較差。因此，為了保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需要對(duì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼蹨p，不過要保證進(jìn)行折減系數(shù)不能過大。如果房屋建筑的框架結(jié)構(gòu)采用的是砌體填充墻，那么結(jié)構(gòu)周期的折減系數(shù)應(yīng)該確定為0.6～0.7；如果房屋建筑的框架結(jié)構(gòu)所采用的是輕質(zhì)砌體或者砌體填充墻較少，結(jié)構(gòu)周期的折減系數(shù)則可取為0.7～0.8；當(dāng)房屋建筑的框架結(jié)構(gòu)全部用的是輕質(zhì)墻體板材時(shí)，那么結(jié)構(gòu)周期的折減系數(shù)應(yīng)為0.9。只有那些沒有填充墻的純框架結(jié)構(gòu)，才可以不進(jìn)行計(jì)算周期的折減。

4、多層框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)內(nèi)力調(diào)整要點(diǎn)

（1）強(qiáng)柱弱梁的要求

在多層框架結(jié)構(gòu)中，強(qiáng)調(diào)強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)要求，此形式可以使框架結(jié)構(gòu)的梁端在地震荷載作用下屈服（形成塑性鉸），但不會(huì)出現(xiàn)構(gòu)件局部脆性破壞的情況。在這種情況下，柱端處于非彈性工程狀態(tài)，但是仍然沒有達(dá)到屈服強(qiáng)度。這樣就可以利用梁的變形來吸收、耗散地震能，降低結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)抗倒塌能力。當(dāng)框架梁端由裂縫及撓度控制，實(shí)配鋼筋大于抗震設(shè)計(jì)時(shí)的承載力配筋等情況下，會(huì)出現(xiàn)框架梁此端鋼筋超配。梁端縱筋的超配程度的大小決定柱強(qiáng)于梁的幅度大小。建議在確保滿足其他要求的情況下，應(yīng)盡量加大框架柱截面尺寸，從而控制梁與柱的線剛度的比值。應(yīng)嚴(yán)格控制梁端實(shí)配鋼筋，對(duì)于梁端負(fù)彎矩鋼筋不應(yīng)該出現(xiàn)超配，對(duì)于梁端正彎矩鋼筋應(yīng)控制超配比例，建議不要超過10%。

（2）強(qiáng)剪弱彎的要求

框架柱存在兩種破壞形式：彎曲破壞和剪切破壞。當(dāng)柱發(fā)生剪切破壞時(shí)，其破壞形態(tài)是脆性的，延性極差；當(dāng)柱發(fā)生彎曲破壞時(shí)，柱的縱向受力鋼筋屈服后會(huì)形成塑性鉸，從而具有較好的塑性變形能力和延性。因此，建議在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，有目的放大框架柱的剪力設(shè)計(jì)值，防止框架柱在彎曲屈服前出現(xiàn)剪切破壞，即應(yīng)該做到"強(qiáng)剪弱彎"。強(qiáng)剪弱彎形式的設(shè)計(jì)是提高框架結(jié)構(gòu)延性及抗震性能的一項(xiàng)重要措施，可以避免在地震中出現(xiàn)脆性剪切破壞問題。

（3）強(qiáng)柱根的要求

框架結(jié)構(gòu)底層柱在地震作用下，如果過早出現(xiàn)屈服，會(huì)影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的變形和抗倒塌能力，因此，底層框架柱對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的延性起控制作用。理想的塑性鉸機(jī)制應(yīng)該是迫使塑性鉸發(fā)生在水平構(gòu)件（尤其是次要構(gòu)件）上，并應(yīng)盡量推遲塑性鉸在底層框架柱等關(guān)鍵部位出現(xiàn)?，F(xiàn)行相關(guān)規(guī)范也規(guī)定了一些措施，如引入底層框架柱底彎矩增大系數(shù)。該增大系數(shù)可以有效避免底層框架柱下端過早屈服，從而提高結(jié)構(gòu)的抗震安全度。但應(yīng)注意到該系數(shù)只適用于框架結(jié)構(gòu)。

5、框架結(jié)構(gòu)的選型和加固

在對(duì)框架結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行選取的時(shí)候，只能采用相同的結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于房屋建筑中的樓、電梯間和局部突出屋頂?shù)姆块g，所采用的承重方式一定不能采取磚墻來進(jìn)行承重，因?yàn)榻ㄖ目蚣芙Y(jié)構(gòu)是一種柔性的結(jié)構(gòu)體系，而磚墻承重結(jié)構(gòu)是一種剛性的結(jié)構(gòu)，如果這兩種結(jié)構(gòu)相互搭配的話，會(huì)使得框架結(jié)構(gòu)的變形不能相互協(xié)調(diào)，這樣會(huì)嚴(yán)重影響到建筑工程的質(zhì)量。

在進(jìn)行建筑工程施工時(shí)，房屋建筑的頂棚可能要吊頂或進(jìn)行其它的裝修，有一些施工單位為了節(jié)約施工成本，可能會(huì)出現(xiàn)柱間的填充墻不到頂或者是在墻上任意的開門窗洞，這樣會(huì)使得房屋建筑的框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差。如果在遇到地震的時(shí)候，房屋建筑的混凝土抗剪強(qiáng)度不足時(shí)，則很容易造成建筑物的破壞和倒塌，所以對(duì)于框架結(jié)構(gòu)一定要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行加固。其主要的方式是采用良好的箍筋類型和增加箍筋的配置來提高框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。所采取的箍筋類型可以是螺旋箍筋、復(fù)合螺旋箍筋和雙螺旋箍筋等。至于為了增加箍筋的配置，對(duì)于短柱范圍內(nèi)的箍筋間距不應(yīng)大于l00mm，對(duì)于柱的縱向鋼筋的間距不應(yīng)大于150mm。

三、結(jié)束語

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)的多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)也在不斷改進(jìn)和完善，運(yùn)用于更多的建筑工程中。但該結(jié)構(gòu)還存在很多問題和不足，需要對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行大量的研究和改造，這就要求廣大的建筑工作者要在具體工程實(shí)踐過程中，不斷的總結(jié)和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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