关于框架结构设计中的几个问题

　　摘要：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，目前在工程中运用越来越多，本文对框架结构设计中的几个问题进行分析，提出了一些具体的措施，供广大设计人员参考。
　　
　　关键词：框架结构，设计，剪力墙设计
　　
　　 一、前言
　　
　　在框架结构的设计中，仍然存在着一些概念性和实际性的问题需要设计人员予以重视，以确保设计质量的提高。本文从几个方面提出了这些问题，并给出了解决措施。
　　
　　二、框架电算结果的调整
　　
　　1.框架梁、柱截面尺寸的调整
　　
　　根据设计经验，先初步确定框架梁、柱的截面尺寸，然后将初步确定的构件尺寸及有关信息输入计算机进行试算，一般可得出以下3种结果：一是部分梁、柱仅为构造配筋，此时可根据电算结果显示的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；二是部分梁超筋或裂缝宽度大于规范要求，部分柱的轴压比超过规定限度或配筋率过大，此时可适当加大这部分梁、柱的截面尺寸再试算；三是梁、柱的配筋在规范的规定之内，此时梁、柱的截面尺寸均合适，不需再作调整。
　　
　　2．框架梁配筋的调整
　　（1）裂缝宽度超限问题
　　
　　以矩形截面梁构件为例，由GB50010-2002《混凝土结构设计规范》中梁的最大裂缝宽度计算可知：梁的最大裂缝宽度是梁纵向配筋率纵向受拉钢筋等效直径混凝土轴心抗拉强度标准值与梁纵向受拉钢筋应力的函数。提高混凝土的强度等级，可减小梁的裂缝宽度，但这种影响较小。当裂缝宽度超限时，首先应考虑将大直径的钢筋改用小直径的钢筋验算，如裂缝宽度仍然超限，就应增大梁的配筋和混凝土的强度等级，或加大梁的截面尺寸，调整至满足规范的要求。
　　
　　（2）“强剪弱弯”问题
　　
　　在框架结构设计中，应力求做到在地震荷载作用下框架的梁端斜截面受剪承载力高于正截面受弯承载力，即“强剪弱弯”。为了保证这一点，可进行以下几项调整：一是适当增大梁端截面；二是适当增大梁端箍筋直径，加密箍筋间距；三是梁端负弯矩钢筋不放大，梁跨中受拉钢筋适当放大1．1～1．3倍；四是按构造要求对跨度>6m的框架梁增加弯起钢筋。
　　
　　（3）对框架柱配筋的调整
　　
　　在地震力作用下，框架柱尤其是角柱和大开间、大进深的边柱，一般均处于双向偏心受压状态，而电算程序是按两个方向分别为单向偏心受压的平面框架计算配筋。因此，框架柱配筋应进行如下调整：一是选择最不利的方向进行框架计算，也可对两个方向均进行计算后取较大值方向的配筋，并采用对称配筋；二是控制柱单边方向钢筋的最少根数。例如柱宽b<450mm时，最少取3根；450mm<柱宽b<750mm时，最少取4根；三是将框架柱的配筋适当放大。根据设计经验，一般放大控制在1．2～1．5倍，其中角柱、边柱放大《1．4倍，中柱放大一般《1．2倍；四是选择井字形或菱形的框架柱箍筋形式，以增强箍筋对{昆凝土的约束；五是由于多层框架电算一般不考虑温度应力和基础不均匀沉降问题，当多层框架水平尺寸较大以及地基为软弱土层或地基土层不均匀时，可适当再稍放大框架柱的配筋。对框架电算结果调整完毕后，就可以绘制框架施工图。
　　
　　三、框架计算简图的确定
　　
　　1.无地下室的多层框架房屋
　　
　　（1）基础埋深较浅时
　　
　　现浇的框架结构梁柱刚接，计算简图的确定主要是确定底层柱的计算长度。根据《混凝土结构设计规范》GB50010—2002(以下简称《结构规范》第7．3．1l条第2项规定：一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构，底层柱的计算长度取基础顶面到一层楼盖顶面的高度H；装配式框架取1．25H。这项规定在一般情况下很明确，但是在实际设计时，由于基础尚未设计，基础顶面标高无法确定，因此无法得到H值。这时，应该根据基础经验估算基顶标高，或者采用房屋底层层高加lm的经验值作为H值取用，这样做比仅取底层层高作为H值符合要求。
　　
　　（2）基础埋深较大时
　　
　　为了增加房屋底部的整体性，减小位移，有时在±0．000m附近设置基础连系梁。此时，底层柱H值不应按1．1．1取用，因为基础连系梁与柱刚接，底层柱被梁分成了两部分。如果H值取基础连系梁顶面到一层楼盖顶面的高度，显然不合适，因为首先基础连系梁的设计有时仅为构造设计，无法平衡底部柱脚的弯矩，亦无法作为上部结构的嵌固部分；另外这样做也与《结构规范》第7．3．1l条相悖。理想的做法是：将基础连系梁以下的部分看作底层，柱的H值取基础顶面至连系梁顶面的高度，而把实际建筑的底层作为第二层考虑，层高H取连系梁顶层至一层楼面高度。
　　
　　
　　
　　
　　2.带地下室的多层框架房屋。
　　
　　对于带地下室的多层框架结构，合理确定上部结树的嵌固位置是一个关键问题。《结构规范》和《建筑抗震设计规范》GB50011—2001(以下简称《抗震规范》)，都没有明确地提出具体位置，需要具体问题具体分析。对于能够满足《抗震规范》第6．1．14条规定的地下室结构或者采用箱型基础时，可以将地下室顶作为框架上部结构的嵌固位置，在利用PK、PM系列软件进行设计时，楼层总数仅输入地下室以上的实际层数，底层的层高H取实际层高。这样计算出的地震作用与实际情况较为接近，但对于竖向荷载的计算只能计算至底层的柱底处。
　　
　　四、结语
　　
　　以上的几个问题在混凝土框架结构设计中经常遇到，也经常被忽略，希望引起设计人员的注意，以避免错误，确保设计质量。
　　
　　参考文献：
　　
　　[1]建筑抗震设计规范GB50011—2001．中国建筑工业出版社．
　　[2]混凝土结构设计规范GB50010—2002．中国建筑工业出版社．
　　[3]郝永旭，等．改善钢筋混凝土短柱抗震性能的若干措施．建筑结构．

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