框架结构设计时一些疑难问题的分析
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关键词：框架结构； 中心线；配筋； 裂缝； 配筋
摘要：介绍了框架结构设计中一些疑难问题的处理方法，对新旧建筑抗震设计规范进行了比较，提出了一些工程中常见疑难问题的解决方法。
Keywords: frame structure; Center; Reinforcement; Crack; reinforcement
Abstract: the article introduces the design of frame structure of some knotty problem processing method, the standard aseismatic design of new and old buildings, this paper compares some engineering common difficulty the solution to the problem.
中图分类号： TU318 文献标识码：A 文章编号：
引言
框架结构由梁、柱、楼板等主要构件组成，其特点是柱网布置灵活，便于获得较大的使用空间，延性较好，但横向侧移刚度较小，因此对层数不多，需要大空间的建筑非常适用。由于近几年新规范的相继颁布执行，新旧规范有许多不同内容，针对现有规范下框架结构设计时一些疑难问题提供一些建议。
1、 框架结构一些疑难问题处理
1．1 框架梁与柱的中心线宜重合
规范规定，框架梁、柱中心线宜重合，当梁、柱中心线不重合时，在计算时应考虑偏心对梁柱节点核心区受力和构造的不利影响，以及梁上的荷载对柱子的偏心影响。若偏心距大于该方向上柱高宽度的1/4时，可以采用增设梁的水平方向加腋等措施。有模拟水平地震作用的研究表明，当框架梁、柱中心线偏心距大于该方向柱宽的1/4时，节点核心区除了出现斜裂缝，而且还出现竖向裂缝。因此，当梁、柱偏心距大于该方向柱宽的1/4时，可采取增设梁的水平加腋的措施，加腋的构造见《高规》JGJ3-2010第6.1.7条，加腋后的梁在验算梁的剪压比和受弯承载力时，一般不计加腋部分截面的有利影响。水平加腋部分斜向设置的水平钢筋的直径同梁内上下纵筋，水平间距不小于200mm，附加箍筋规格及肢距同梁端部箍筋。
1．2 尽量避免短柱的出现
框架结构中由于楼梯间休息平台梁或因层高低而柱截面大等原因，某些工程中短柱难以避免。如果同一层均为短柱，各柱刚度相差不大，这种情况下进行内力分析和结构设计安全是可以保证的。对于一层中出现少量的短柱，因为这些少数短柱的抗侧刚度远大于一般柱的抗侧刚度，在水平力作用下，会吸收较大的水平剪力，一旦地震超过设防烈度，就可能使少数短柱最先破坏，同楼层的各柱再被击破，这对结构安全十分不利。框架结构的楼梯间休息平台处若设置柱间梁时将使支承梁的柱形成短柱，为了不出现短柱，可在休息平台靠楼梯踏步处设置梯梁，再在梯梁两端设置从楼层框架梁上支承的小柱，楼梯平台板采用外悬挑处理。平台板外端不用设置柱间梁，楼梯间的短柱就可避免出现。
1．3 除个别部位可采用铰接外，应设计成双向梁柱抗侧力体系
框架结构既要承受竖向荷载，又要承受水平荷载，因此必须设计成双向梁柱抗侧力体系，并且应具有足够的侧向刚度，以满足规范规定的楼层层间最大位移与层高之比的限值。主体结构除个别部位（如框架梁与边梁连接处等震害较轻部位）外，不应采用铰接。
1．4 不应采用部分砌体墙承重的混合形式
《高规》JGJ3-2010第6.1.6中(强制性条文)规定，框架结构按抗震设计时，不应采用部分由由砌体墙承重的混合形式。框架结构中的楼梯、电梯间及局部出屋顶的电楼机房，楼梯间、水箱间，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。若框架结构中采用砌体墙承重时，由于计算时不计入砌体墙的刚度，在地震作用时反应比仅按纯框架抗侧力刚度时大，砌体墙会在地震时首先遭受破坏，而框架结构又未按实际刚度确定内力和配筋，将会使结构构件被击破，这是十分危险的。许多震害表明在框架结构中承重砌体都出现了严重开裂，局部出屋顶的楼、电梯问因采用砌体承重墙都严重裂缝，有的甚至被甩出。
1．5 梁、柱截面的确定
首先根据经验初步确定梁、柱的截面尺寸，此时应注意尽可能使柱的线刚度与梁的线刚度的比值大于1.0，因为出现罕遇地震时，可使梁端形成塑性铰，柱端铰可处于非弹性工件状态而没有屈服，而节点还处于弹性工件阶段的目的 即满足强柱弱梁、强节点的要求，初步确定尺寸输入电脑，经结构计算后，梁、柱会出现以下几种情况： 1)梁的超配筋显示或梁的裂缝宽度大于0.3或梁的挠度值大于允许值。柱的轴压比超限或柱的超配筋显示，此时可放大梁、柱截面尺寸或提高混凝土的标号等级或提高钢筋的强度等级，再进一步试算。
2)部分梁、柱仅构造配筋，此时可依据梁的裂缝宽度和柱的轴压比适当减小梁、柱的截面尺寸再试算。
3)梁、柱的截面尺寸均满足要求，此时可进一步观察梁、柱的配筋率是否合适。
1．6 框架梁柱的配筋
1．6．1 框架梁的配筋
对梁纵向钢筋的配筋率为0.5%～1.5%较为适宜，在配筋率一定时，用较细的钢筋可以增加混凝土的握裹面积，可减小梁的裂缝宽度，增大配筋率是减小梁裂缝的最直接方法，但只提高混凝土的强度等级对梁裂缝的影响就较小。如改用小直径后梁的裂缝宽度仍然超限就应加大梁的截面尺寸，或增加梁的配筋。在地震作用下，为满足强剪弱弯，就应做到梁端斜截面受剪承载力高于正截面受弯承载力，在具体设计时，可将梁端负弯矩筋乘以系数0.8～0.9，梁中正弯矩乘以1.1～1.2，梁端箍筋的直径可增加2mm。
1．6．2 框架柱的配筋
框架柱的配筋一般都较低，电算结果往往都是构造配筋，由于抗震上强柱弱梁的要求，也就要适当增大柱的配筋而减小梁的配筋。可见，柱子承担的责任最大。
为了保证在地震时柱在最后失效，必须设计成强柱弱梁，人为把梁设计成相对薄弱的环节，使其破坏在先以最大限度地减少可能出现的损失。若把梁、柱同等看待，企图让他们都强，则可能会造成同时破坏，后果会更差，损失会更大。所以在电算时一些参考的调整十分重要，对框架柱的纵向配筋结果一般可以乘以1.2～1.6，柱箍筋的直径宜增加2 mm，其中角柱大些，边柱次之，中柱可小一些，柱箍筋的形式宜采用井字形，以增强箍筋对混凝土的约束，箍筋的重叠不宜多于两个箍筋。
由于多层框架电算时不考虑温度应力、基础不均匀沉降的问题，对适当放大框架柱的配筋的系数，具体取值由设计人员的依据实际工程经验确定。
2、结束语
随着我国经济的发展，许多建筑形体越来越多样，经常出现一些疑难问题，从而使工程人员出现对规范有不同的理解和疑问。
参考文献：
[1]GB 50011-2010，建筑抗震设计规范．
[2]JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程．
[3]GB 50010—2010，混凝土结构设计规范．