1、1关于土木工程钢筋混凝土框架结构设计要点分析摘 要：随着我国高层建筑的不断发展，设计理念不断创新，钢筋混凝土框架结构成为现今建筑工程中应用较广泛的结构形式之一。但在框架结构设计中，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高度重视以确保结构设计质量。 关键词：土木工程；钢筋混凝土；框架结构；设计要点 1、框架结构设计时正确选取结构参数 1.1 选定结构抗震等级 工程设计中，抗震设防的所有建筑首先应当按照现行国家标准GB50223-2008建筑工程抗震设防分类标准确定其抗震设防类别及其抗震设防标准。对于丙类建筑，其地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求计算；对于乙类建筑，GB
2、50011-2010建筑抗震设计规范第 3.1.3 条第 2 款规定：地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施在一般情况下，当抗震设防烈度为 68 度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求；当为 9 度时，应符合比 9 度抗震设防更高的要求，地基基础的抗震措施应符合有关规定。对较小的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施。实际设计中经常发生抗震等级选错的情况，如位于 8 度地区的某乙类建筑，应按 9 度由 GB50011-2010建筑抗震设计规范表 6.1.2 确定其抗震等级为一级。当 8 度地区乙类建筑2的高度超过表 6.1
3、.2 规定的范围时，应采取比一级抗震等级更有效的抗震措施。 1.2 地震力振型组合数 对于较高层建筑，当不考虑扭转耦联时，振型数3；当振型数3 时，宜取为 3 的倍数，但不能多于层数；当房屋层数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9；结构层数较多或结构刚度突变较大时，振型数应多取，如结构有转换层，顶部有小塔楼等，振型数12 或更多，但不能多于房屋层数的 3 倍；只有定义弹性楼板且按总刚分析法分析，有必要时才可以取更多的振型。 1.3 结构周期折减系数 框架结构由于填充墙的存在，使结构的实际刚度计算刚度，计算周期实际周期，因此算出的地震作用效应偏小，使结构偏于不安全
4、，因而对结构的计算周期进行折减很有必要，但如果折减系数取得过大也是不妥当的。对于框架结构来说，采用砌体填充墙时，周期折减系数可根据填充墙的材料及数量选取 0.60.7；砌体填充墙较少或采用轻质砌块时，可取 0.9；无墙的纯框架，计算周期可以不折减。 1.4 梁刚度放大系数 结构设计计算软件的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，放大系数中梁取 2，边梁取 1.5 为宜。 2、框架结构构造配筋 32.1 框架外挑梁配筋 由于框架梁的荷载与外挑梁的实际荷载值不同，因
5、而框架梁与外挑梁的断面尺寸会有所不同，而有的设计人员在绘图时只是将框架梁上的某些主筋向外挑梁延伸，其实有些主筋根本无法伸进挑梁，这些差错一般在施工时才会暴露出来，但此时许多钢筋已截断成型，不仅影响了施工进度，还会造成不必要的损失。框架梁外挑梁下常设置钢筋混凝土柱，在柱的内力和配筋计算中，有的设计人员对其受力概念不清，误认为此为构造柱并且其配筋为构造配筋，悬臂梁也未按计算配筋，这就有可能导致水平荷载作用下承载力不足，为事故的发生埋下隐患。 2.2 框架边柱柱顶配筋 对于框架结构的高层建筑，水平荷载对结构的倾覆力矩及由此在竖向构件中所引起的轴力与建筑高度的平方成正比，顶点位移与建筑高度的四次方成正
6、比。水平荷载是结构设计中的控制因素，框架顶层的风荷载较大，而屋面结构荷重传给边柱的轴向总力比楼层边柱总力要小，顶层边柱节点出现轴向力对截面重心的偏心距0.5 倍的柱截面高度。根据框架结构的构造要求，横梁上部钢筋应全部伸入柱内且伸过横粱下边；柱内一部分钢筋伸到顶端，另一部分钢筋伸到横梁内，其根数依据计算确定且2 根，设计人员在图中经常容易将边柱柱角的钢筋弯入梁内，缺乏实践经验的工程技术人员对这类问题做不到及时发现，等施工时才会察觉问题的症结在于柱宽大于梁宽，这种差错应引起设计人员的重视。 2.3 框架梁、柱的箍筋配置 根据 GB50011-2010建筑抗震设计规范第 6.3.3 条及 6.3.7
7、 条规4定，工程习惯上常取的梁、柱箍筋加密区最大间距为 l00mm，非加密区箍筋最大间距为 200mm。电算程序信息中常定梁、柱箍筋加密区间距为l00mm，由设计人员根据规范确定箍筋直径和肢数。当框架梁中由于种种原因纵向钢筋超筋时，梁端适当加大抗剪承载力对结构抗震非常有利，这也是当梁端纵向受拉钢筋配筋率2%时，规范规定梁的箍筋直径应比最小构造直径增大 2mm 的原因。对于框架柱，当框架内定柱加密区箍筋间距为 l00mm 时，在某些情况下亦可能因非加密区箍筋间距采用 200mm 引起配箍不足。需注意的是梁、柱箍筋非加密区配箍验算时可不考虑强剪弱弯的要求，即剪力设计值取加密区终点处外侧的组合剪力设
8、计值，并且不乘以剪力增大系数。 3、多层框架结构设计要求 3.1 强节点弱锚固 为保证框架结构的延性，在梁铰机构充分发挥作用以前，框架节点、纵筋锚固不应过早破坏，框架节点破坏主要是因为节电出核心区箍筋数量不足，在建立和压力的共同作用下，节点核心区混凝土出现斜裂缝，箍筋屈服至拉断，柱的纵筋被压屈以至拉断而引起的。故应保证核心区混凝土强度及配置足够数量的箍筋，来防止节点核心区的过早剪切破坏，而强锚固要求则通过在静力设计锚固长度的基础上叠加一定的抗震附加锚固长度，利用钢筋锚固段的机械锚固措施来实现的。 3.2 强剪弱弯 框架结构的延性与均件的破坏形态有关，框架的抗震设计应遵循“强剪弱弯”的设计原则，
9、以减少在非弹性变形时发生剪切破坏的可能5性。框架结构的“强剪弱弯”主要由设计剪力的计算、抗剪承载力计算公式的选取及必要的构造措施来实现。设计建立的计算与抗弯承载力的计算相类似，按抗震等级的不同采用地震效应调整系数，但与抗弯承载力计算相比较更为严格，以相对提高抗弯承载力。同时为减少框架梁柱在非弹性反应趋于发生剪切破坏的危险，梁柱端部的设计剪力应与梁柱端部形成塑性铰后的极限抗弯强度相对应，抗剪计算公式的选取主要表现为考虑地震作用的反复性及剪切问题的离散性，采用在纵筋屈服后的偏下限抗弯承载力计算公式，并辅以抗震构造措施。 3.3 强柱弱梁 框架结构的延性与塑性铰分布的部位有关，若梁中先出现塑性铰形成
10、梁铰结构，则塑性铰分布较均匀，每个塑性铰所要求的弹性变形量也较小，而且两端结构的延性要求也比较容易实现。而若柱中出现塑性铰而形成柱铰结构，非弹性变形就集中在某一层的柱中，对柱的延性提出极高的要求，二者往往很难实现且柱铰机构伴随较大的层间位移，不仅容易引起不稳定问题，还会引起结构承受竖向荷载，导致整个结构坍塌。在经受较大侧向位移时，未能确保框架结构的稳定性，并能维持它承受竖向荷载的能力，必须要求非弹性变形一般只限于梁内，即要求在设计荷载下统一节点上柱段截面积限弯矩的综合大于梁端极限弯矩总和，这就是所谓的强柱弱梁。 4、结语 钢筋混凝土框架结构虽相对简单，但设计中仍有很多需要注意的事项，设计人员既要有扎实的理论功底，又要有丰富的工程经验并且能熟6练掌握各种规范，才能设计出安全可靠又经济合理的建筑物。 参考文献： 1霍达高层建筑结构设计M高等教育出版社，2004 2薛扬欣土木工程结构设计安全问题分析及策略研究J建设科技，2012（08）
