钢筋混凝土框架结构设计注意问题探析.doc

1、钢筋混凝土框架结构设计注意问题探析【摘要】在我国现在的多高层建筑中，钢筋混凝土框架结构是最常用的结构形式，因为其具有足够的强度，良好的延性和较强的整体性，目前已被广泛应用。本文主要介绍了钢筋混凝土框架结构的概念设计和设计特点，总结了钢筋混凝土框架结构设计应注意的问题。 【关键词】钢筋 混凝土 框架结构 设计 中图分类号：TV331 文献标识码： A 前言 钢筋混凝土框架结构是由楼板、梁、柱及基础 4 种承重构件组成的。由主梁、柱与基础构成平面框架，各平面框架再由连续梁连接起来而形成的空间结构体系。在合理的高度和层数的情况下，框架结构能够提供较大的建筑空间，其平面布置灵活，可适合多种工艺与使用功

2、能的要求。但是，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。 一、框架结构概念设计 一个优秀的结构设计人员应该清楚地认识到框架结构设计中，概念设计与结构措施的至关重要性。 首先，我们要控制房屋适用高度和结构高宽比，若结构的高宽比大，则倾覆力矩也大。为了帮助设计者在初步设计阶段根据结构高度和结构体系确定比较合理而经济的平面尺寸，宏观控制结构的刚度、稳定和承载力， 高层建筑混凝土结构技术规程 （JGJ3- 2002）规定了框架结构的高宽比限值。 其次，是结构布置简单规则均匀。结构简单包含有三层意思，即结构的类别划分，计算模型清楚；各结构构件力学

3、功能分工，在荷载和作用下传力路线直接、明确；其受力、薄弱环节及抗震性能估计把握，精细分析程序可靠。这就要求工程师在熟练运用计算机设计程序的同时，更要掌握必要的框架结构简化估算方法。 结构规则均匀要求含平面和立面两部分，包括刚度、承载力和传力途径三个方面。要求框架结构在可能的情况下，在竖向建筑造型和结构布置上均匀，刚度、承载力和传力途径均无突变，从而限制应力集中、过大变形和敏感薄弱部位的出现；在建筑平面上规则，结构布置均匀，尽量减少里出外进、凹凸不平，尽量避免部分结构超强造成结构的相对薄弱部位，该强的强，该弱的弱；尽量使荷载和作用能用短而直接的途径传播，尽量使质量中心和刚度中心重合或接近。 最后

4、，是刚柔适度。事实表明，结构的变形越小，地震的危害就越小。但是不能得出刚度越大越好的结论，因为刚度愈大，地震作用愈大，材料用量会增加。此外，结构振动和变形的大小不仅和结构刚度有关，还与场地土有关，当结构自振周期与场地土的卓越周期接近时，建筑物的地震反应会加大，无论振动变形还是地震力都会加大。因此，对于框架结构设计，不能做出“刚一些好”还是“柔一些好”的简单结论，应该结合结构的具体高度、场地条件等进行综合判断。 二、框架结构体系的特点 1、建筑平面布置灵活，使用空间大。 2、延性较好。 3、 整体侧向刚度较小，水平力作用下侧向变形较大（呈剪切型） ，所以建筑高度受到限制。 4、非结构构件破坏比较

5、严重。 三、框架结构方案构思时应考虑以下几点 1、结构的传力路线应简捷明了。在荷载作用下，结构的传力路线越短、越直接，结构的工作效能越高，所耗费的建材也就越少。 2、从力学观点看，在民用和公共建筑的平面布局中，应当尽量使柱网按开间等跨和进深等距（或近似于等距）布置，这样可以相应减少边跨柱距，也可以充分利用连续梁的受力特点以减少结构中的弯距，可以使各跨梁截面趋于一致，而提高结构的整体刚度。 3、结构方案还应结合工程地质情况和建筑功能要求综合考虑。 四、框架结构构造要求 1、框架柱构造要求 影响框架柱延性耗能的主要因素可归纳为柱剪跨比、轴压比和箍筋配置等，对此规范都做了具体规定，如柱剪跨比宜大于

6、2；柱截面高宽比不宜大于 3。柱剪跨比不大于 2 时，应按短柱进行相关处理。柱可沿全高分阶段改变截面尺寸和混凝土强度等级，但不宜在同一楼层同时改变截面尺寸和混凝土强度等级。二级抗震等级框架柱的各部位以及三级抗震等级柱的底部的受力钢筋宜采用机械连接接头，也可采用绑扎搭接或焊接接头；其他情况可采用绑扎搭接或焊接接头；钢筋连接接头宜避开有抗震设防要求的梁端、柱端箍筋加密区(即塑性铰区)，当无法避开时，应采用 I 级或级机械连接接头，且接头百分率不应大于 50。 2、框架梁构造要求 框架梁不设弯起钢筋，全部剪力由箍筋和混凝土承担。框架梁的配筋率、配筋布置以及抗震设计时，梁端箍筋的加密区长度、箍筋最大间

7、距和最小直径应符合混凝土结构设计规范 、 建筑抗震设计规范和高层建筑混凝土结构技术规程的有关规定。应当注意，为使梁端塑性铰区截面有比较大的曲率延性和良好的转动能力，成为延性耗能梁，梁端混凝土受压区高度应满足以下要求：一级框架梁，X0.25h，二、三级框架梁，X0.35h。为减小框架梁端塑性铰区范围内的相对受压区高度，塑性铰区截面底部必须配置受压钢筋。受压钢筋的面积除按计算确定外，与顶面受拉钢筋面积的比值还应满足以下要求：一级框架梁，As /As0.5，二、三级框架梁，As /As0.3。 3、加强短柱设计意识 抗震设计中要求构件具有一定的延性，破坏时尽可能成延性，但对于短柱，其破坏形式一般为剪

8、切破坏或纵筋的粘结滑移破坏，均属脆性破坏。所以设计时应尽量避免短柱的出现。然而实际工程中，由于楼板错层、楼梯间平台梁、层高较低等客观条件的制约仍然会出现一些短柱，这就需要设计者予以充分的重视并采取相关措施。首先短柱在图纸中应以醒目的表示提醒施工人员。另外，以往一直采用的箍筋沿短柱全长加密以防止剪切破坏的措施经震害证明仍有不妥之处，而采用复合矩形螺旋箍筋和高强复式螺旋箍筋不仅可有效地提高柱子的抗剪承载力，而且可以加强对混凝土的约束，提高其抗压承载力，改善短柱的抗震性能。 4、节点构造要求 在竖向荷载和地震作用下，框架梁柱节点主要承受柱传来的轴向力、弯矩、剪力和梁传来的弯矩、剪力。节点区的破坏形式

9、为由主拉应力引起的剪切破坏。如果节点未设箍筋或箍筋不足，则由于其抗剪能力不足，节点区出现多条交叉斜裂缝，斜裂缝间混凝土被压碎，柱内纵向钢筋压屈，所以应该重视框架梁、柱节点核心区的设计。框架梁、柱节点核心区应符合下列要求： （1）应根据建筑抗震设计规范GB50011 附录 D2 的规定，分别按节点的内、外核心区验算节点受剪承载力； （2）节点内核心区的配箍量及构造要求同普通框架； （3）节点外核心区（两向宽扁梁相交面积扣除柱截面面积部分） ，对于中柱节点可配置附加水平箍筋及竖向拉筋，拉筋勾住宽扁梁纵向钢筋并与之绑扎；拉筋直径：一、二级抗震等级不宜小于 10mm，三、四级抗震等级不宜小于 8mm；当核心区受剪承载力不能满足计算要求时，可配置附加腰筋。 结论 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事项，只有结构设计人员既有扎实的理论功底，又有丰富的工程经验，并且熟练掌握各种规范，结合概念设计，才能设计出既安全、可靠，又经济、合理的建筑物。 【参考文献】 1高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ32002） 中国建筑工业出版社2002 2杨正海、何玲基于概念设计的建筑结构 CAD 方法建筑结构2003，10 3混凝土结构设计规范（GB500102002） 中国建筑工业出版社2002