论钢筋混凝土框架结构的设计

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摘 要：随着社会的发展进步，钢筋混凝土结构在建筑行业得到了迅速发展，而框架结构又是其中应用最广泛的，虽然相对简单，但设计中仍有很多需要注意的问题，只有熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，才能设计出既安全又经济适用的优秀作品。

关键词：钢筋；混凝土；框架结构；结构设计

前言

自改革开放以来，特别是上世纪90年代以后，钢筋混凝土结构在建筑行业得到了迅速发展，特别是钢筋混凝土框架结构，因为其具有足够的强度，良好的延性和较强的整体性，更是广泛应用于地震设防区的多高层建筑中。下面就框架结构的一些设计理念及常见问题与大家共同探讨与学习。

1.框架结构的设计思路

框架结构抗震设计的正确指导思想：（1）塑性效应发生在梁端，底层柱的塑性效应较晚形成。（2）梁柱在弯曲破坏前，避免发生其他形式的破坏，如剪切破坏，粘性破坏。（3）在梁柱破坏之前，节点应有足够的强度及变形能力。（4）重视非主体结构构件设计。

2.重视强柱弱梁，强剪弱弯的设计理念

为什么要在这里着重强调一下呢，通过去年汶川5.12强震后一些框架结构建筑物的实际破坏情况我们注意到，柱破坏了建筑物整个都会倾覆，而梁破坏则仅是某个区域失效，不会影响全局，柱较之梁破坏的损害更大，这是我们的必须重视的。因此我们设计人员在设计中一定要将这一概念设计贯彻下去，首先必须严格控制柱轴压比，我们目前的计算均是基于小震下进行的，如果小震下柱子轴压比过高，则大震下地震力将对边柱产生一个巨大的附加轴力（有文章研究表明约增加30%），则柱子根本不可能有这点安全储备，在大震即会破坏，那又何谈大震不倒呢？笔者认为轴压比在任何情况下均不宜超过0.9%。其次我们对柱断面及配筋设置时应分部位处理，建议边柱，角柱应适当加强，特别是角柱，建议应全柱加密箍筋，且配筋率不宜小于1%所有框架柱，不包括小截面柱，笔者建议纵筋均应大于20，且柱筋品种不宜过多，矩形截面柱尽可能对称配筋。而对梁配筋笔者则建议应配足梁中部筋，而支座筋则可通过调幅让其适当降低，以使地震作用下能形成梁铰机制，防止柱先于梁屈服，使粱端能首先产生塑性铰，保证柱端的实际受弯承载力大于梁端的实际受弯承载力。强剪弱弯是保证构件延性，防止脆性破坏的重要原则，它要求人为加大各承重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力，使这些部位在结构经历罕遇地震的过程中以足够的保证率不出现脆性剪切失效。对于框架结构中的框架梁应注意抗剪验算和构造，使其满足相关规范要求。

3.框架结构抗震设计用软件（如pkpm）计算时应注意的几个问题

3.1抗震等级

对于乙类建筑，建筑抗震设计规范3.1.322规定：地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求，但是抗震措施（主要体现为抗震等级）在一般情况下，当抗震设防烈度为6度-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求。实际设计中经常发生抗震等级选错的情况，如：位于8度区的某乙类建筑，应按9度由建筑抗震设计规范表6.1.2确定，为一级抗震等级。

3.2振型组合数的选取

应按以下规则选取：对于较高层建筑，当不考虑扭转耦联时，振型数应不小于3；当振型数多于3时，宜取为3的倍数（由于程序按3个振型一页输出），但不能多于层数。当房屋层数不大于2时，振型数可取层数。对于不规则建筑，当考虑扭转耦联时，振型数应不小于9，但不能超过结构层的3倍，只有定义弹性楼板且按总刚分析法分析时，才可以取更多的振型。建筑抗震设计规范在条文说明中明确指出：振型数可以取振型参与质量达到总质量90%所需的振型数。目前satwe等程序已有这种功能，这是一个重要指标。如：对于某一建筑，选取的振型数为15，但振型参与质量系数只有50%，说明振型数取得不够，可能由于此建筑过于复杂或由于某些杆件不连续导致局部震动引起的，应仔细复核。

3.3结构周期折减系数

框架结构由于填充墙的存在，使结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期，因此，算出的地震作用效应偏小，使结构偏于不安全，因而对结构的计算周期进行折减是必要的。折减系数可根据填充墙的材料及数量选取0.7-0.9。

3.4梁刚度放大系数

SATWE或TAT等计算软件的梁输入模型均为矩形截面，未考虑因存在楼板形成T型截面而引起的刚度增大，造成结构的实际刚度大于计算刚度，算出的地震剪力偏小，使结构偏于不安全。因此计算时应将梁刚度进行放大，放大系数中粱取20、边梁取1.5为宜。

3.5活荷载的最不利布置

多层框架，尤其是活荷载较大时，是否进行活荷的最不利布置对计算结果影响较大。即使选用程序中给定的梁设计弯矩放大系数，也不一定能反映出工程的实际受力情况，有可能造成结构不安全或过于保守。考虑目前的计算机计算速度都比较快，作者建议所有工程都应进行活荷载的最不利布置计算。

4.设计中应注意的若干问题

（1）框架节点核芯区箍筋配置应满足要求对于规范中规定的框架柱箍筋加密区的箍筋最小体积配箍率的要求，绝大部分设计人员都能给予足够的重视，但对于《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）中规定的”一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10、0.08且体积配箍率分别不宜小于06%0.5%，0.4%。”设计中经常被忽视，尤其是柱轴压比不大时，常常不满足要求。这一规定是保证节点核芯区延性的重要构造措是、应严格遵守。

（2）底层框架柱箍筋加密区范围应满足要求建筑抗震设计规范（GB50011-2001）中规定：”底层柱，柱根处箍筋加密区范围为不小于柱净高的l/3”这是新增加的要求，设计中应重点说明。

（3）框架梁的纵向配筋率应注意《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）中规定：”当框架梁梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时，梁箍筋最小直径的数值应比表6.3.3中规定的数值增大2/mm。”在目前设计中，这一规定常被忽视，造成梁端延性不足。

（4）框架梁上部纵筋端部水平锚固长度应满足要求《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中规定：”框架端节点处，当框架梁上都纵筋水平直线段锚固长度不足时，应伸至柱外边并向下弯折，弯折前的水平投影长度不应小于0.4LaE.”当框架柱截面尺寸小于400×400mm时，应注意梁上部纵筋直径的选择，否则这一项要求不容易得到保证。

（5）短柱位置未明确楼梯平台梁或者雨篷梁支撑在框架柱上，容易形成短柱，应按要求全长加密箍筋。框架填充墙开窗，由于窗台处砌体对框架柱作用，容易形成短柱，也应全长加密。若不加密，可将砌体墙与框架柱设成柔性连接（如：墙柱之间留有缝隙，填充一些松散材料，但应有钢筋与柱拉结），或从边框梁处出挑挑耳，上砌砌体填充墙，消除对框架柱的作用。

5.总结

钢筋混凝土框架结构虽然相对简单，但设计中仍有很多需要注意的问题，只有熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，才能设计出既安全又经济适用的优秀作品。