建筑钢结构进展
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钢筋混凝土框架结构设计注意问题探析

  摘要:现在越来越多的建筑物使用钢筋混凝土结构,故钢筋混凝土结构在整个建筑市场起到越来越重要的地位。在钢筋混凝土结构设计中,每个设计者的经验不同,对规范的理解不同,所以在处理某个设计问题时,也就会采取不同的处理方法。针对钢筋混凝土框架结构的设计,探讨了结构计算及设计、构造措施方面一些需要注意的问题。


  关键词:钢筋混凝土;框架结构


  中图分类号:TV543+.89 文献标识码:A


  1 框架结构方案构思时应考虑以下几点


  1.1 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。


  1.2 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。


  1.3 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。


  2 钢筋混凝土框架结构设计中的两个注意问题


  2.1 抗震等级的选取


  对于乙类建筑,建筑抗震设计规范规定: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。


  2.2 振型组合数的合理选取


  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 独立基础拉梁的问题


  当基础埋置较深,为了减小底层柱计算高度及底层侧向位移,可在±0.000附近设置基础拉梁,但不宜按构造设置,宜按照框架要求设计,应注意此时需将板厚取为0,定义弹性结点,按总刚分析法分析计算,且基础应设成短柱基础。


  4 框架结构设计中应注意的其它问题


  4.1 在框架结构中不允许采用两种不同的结构型式,楼、电梯间、局部突出屋顶的房间,均不得采用砖墙承重。因为框架结构是一种柔性结构体系,而砖混结构是一种刚性结构。为了使结构的变形相互协调,不应采用不同结构混合受力。


  4.2 加强短柱的构造措施:在工程施工过程中顶棚可能要吊顶或其它装修,甲方为了节约开支。往往要求柱间填充墙不到顶或者是在墙上任意开门窗洞,这样往往会造成短柱。由于短柱刚度大,吸收地震作用使其受剪,当混凝土抗剪强度不足时,则产生交叉裂缝及脆性错断,从而引起建筑物或构筑物的破坏甚至倒塌。所以在设计中应采取如下措施:尽量减弱短柱的楼层约束,如降低相连梁的高度、梁与柱采用铰接等;增加箍筋的配置,在短柱范围内箍筋的间距不应大于l00mm,柱的纵向钢筋间距≤150mm;采用良好的箍筋类型,如螺旋箍筋、复合螺旋箍筋、双螺旋箍筋等。


  4.3 由于建筑的需要,有时需要框架梁外挑,且梁下设置钢筋混凝土柱,在柱的内力和配筋计算中,有些设计人员对其受力概念不清,误认为此柱为构造柱,并且其配筋为构造配筋,悬臂梁也未按计算配筋,这样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。实际上,在结构的整体计算中,此柱为偏心受压构件,柱与梁端交接处类似于框架梁、柱节点,应考虑悬臂梁梁端的协调变形。所以对于此柱应作为竖向构件参与结构的整体分析,并且柱与梁端交接处应按框架梁、柱的节点处理。


  4.4 从概念设计上着手时应注意几个问题


  4.4.1 关于“强柱弱梁”节点。这是为了实现在罕遇地震作用下,让梁端形成塑形铰,柱端处于非弹性工作状态,而没有屈服,但节点还处于弹性工作阶段。强柱弱梁措施的强弱,也就是相对于梁端截面实际抗弯能力而言柱端截面抗弯能力增强幅度的大小,是决定由强震引起柱端截面屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动能力,而且不致形成“层侧移机构”,从而使柱不被压溃的关键控制措施。柱强于梁的幅度大小取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小,以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布和动力特征的相应变化。因此,当建筑许可时,尽可能将柱的截面尺寸做得大些,使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1,并控制柱的轴压比满足规范要求,以增加延性。验算截面承载力时,人为地将柱的设计弯距按“强柱弱梁”原则调整放大,加强柱的配筋构造。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高,以免在罕遇地震中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到立柱上。注意节点构造,让塑性铰向梁跨内移。


  4.4.2 关于“强剪弱弯”措施: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。


  4.4.3 注意构造措施。①对于大跨度柱网的框架结构,在楼梯间处的框架柱由于楼梯平台梁与其相连,使得楼梯问处的柱可能成为短柱,应对柱箍筋全长加密。这一点,在设计中容易被忽视,应引起重视。②对框架结构外立面为带形窗时,因设置连续的窗过梁,使外框架柱可能成为短柱,应注意加强构造措施。③对于框架结构长度略超过规范限值,建筑功能需要不允许留缝时,为减少有害裂缝(规范规定裂缝宽度小于0.3mm),建议采用补偿混凝土浇筑。采用细而密的双向配筋,构造间距宜小于150mm,对屋面宜设置后浇带,后浇带处按构造措施宜适当加强。④其它构造措施限于篇幅,这里不再赘述,请详见新规范。


  5 结构计算方面的问题


  结构计算中,计算简图选取的正确与否,直接影响到计算结果的准确性,其中比较典型的是基础梁的处理。一般情况下,基础梁设置在基础高度范围内,作为基础的一部分,此时结构的底层计算高度应取基础顶面至一层楼板顶面的高度。基础梁仅考虑承担上部墙体荷载,构造满足普通梁的要求即可。当按规范要求需设置基础拉梁时,其断面和配筋可按构造设计,截面高度取柱中心距的1/12~1/18,纵向受力钢筋取所连接的柱子的最大轴力设计值的10%作为拉力来计算。但是,当基础埋深过大时,为了减少底层的计算高度和底层的位移,设计者往往在±0.000以下的某个适当位置设置基础拉梁。此时,基础拉梁应作为一层输入,底层计算高度应取基础顶面至基础拉梁顶面的高度,二层计算高度应取基础拉梁顶面至一层楼板顶面的高度。拉梁层无楼板,应开洞处理,并采用总刚分析方法进行计算。基础拉梁截面及配筋按实际计算结果采用。若因此造成底层框架柱形成短柱,应采取构造措施予以加强。


  结束语


  结构设计员,在进行房屋结构设计时,不仅要掌握设计规范,还应根据自己的工程中积累的经验,正确的处理结构设计中问题,从而提高结构的设计质量。


  参考文献


  [1]GB 5001122001,建筑抗震设计规范[S].


  [2]GB 5000722002,建筑地基基础设计规范[S].


  [3]龚思礼。建筑抗震设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1994.57273.


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