淺談混凝土框架結構設計

　 摘要：結構設計是個系統的全面的工作，需要紮實的理論知識功底，靈活創新的思維和嚴肅認真負責的工作态度。鋼筋混凝土框架結構雖然相對簡單，但設計中仍有很多需要注意的問題。本文針對現實中大量多層鋼筋混凝土框架結構形式的建築，對設計中參數的選取、基礎拉梁設計及框架柱設計等方面的問題進行了分析總結。

混凝土

　　關鍵詞：混凝土；結構設計

　　鋼筋混凝土框架結構是由樓闆、梁、柱及基礎組成的,由主梁、柱與基礎構成平面框架,各平面框架再由連續梁連接起來而形成的空間結構體系。在合理的高度和層數的情況下,框架結構能夠提供較大的建築空間,其平面布置靈活,可适合多種工藝與使用功能的要求。筆者在多層鋼筋混凝土框架結構的設計過程中,通過切身體會,總結歸納了一些不符合規範要求的問題。

　　結構設計内容簡介

　　1.荷載的計算。荷載包括外部荷載和内部荷載上述荷載的計算要根據荷載規範的要求和規定采用不同的組合值系數和準永久值系數等來進行不同工況下的組合計算。

　　2.構件的試算。根據計算出的荷載值，構造措施要求，使用要求及各種計算手冊上推薦的試算方法來初步确定構件的截面。

　　3.内力的計算。根據确定的構件截面和荷載值來進行内力的計算，包括彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力及拉力等。

　　4.構件的計算。根據計算出的結構内力及規範對構件的要求和限制來複核結構試算的構件是否符合規範規定和要求。如不滿足要求則要調整構件的截面或布置直到滿足要求為止。施工圖設計階段的内容為：根據上述計算結果，來最終确定構件布置和構件配筋以及根據規範的要求來确定結構構件的構造措施。

　　振型組合數的合理選取

　　對于較高層建築,當不考慮扭轉耦聯時,振型數應不小于3;當振型數多于3時,宜取為3的倍數,但不能多于層數。當房屋層數不大于2時,振型數可取層數。對于不規則建築,當考慮扭轉耦聯時,振型數應不小于9,但不能超過結構層的3倍,隻有定義彈性樓闆且按總剛分析法分析時,才可以取更多的振型。建築抗震設計規範在條文說明中明确指出:振型數可以取振型參與質量達到總質量90%所需的振型數。目前Satwe等程序已有這種功能,這是一個重要指标。如:對于某一建築,選取的振型數為15,但振型參與質量系數隻有50%,說明振型數取得不夠,可能是由于此建築過于複雜或由于某些杆件不連續導緻局部振動引起的,應仔細複核。

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　　多層框架基礎設計的注意點

　　1.要正确地閱讀和使用地質報告。熟悉勘察報告的主要内容,了解勘察結論和計算指标的可靠程度,進而判斷報告中的建議對該項工程的适用性。這裡要把場地的工程地質條件與拟建建築物的具體情況和要求聯系起來進行綜合分析。

　　2.在滿足承載力和變形的基本要求下,盡量采用比較經濟的天然地基上的淺基礎。地基持力層的選擇應從地基基礎和上部結構的整體性出發,綜合考慮場地土層的分布情況及穩定性,土層的物理力學性質,建築物的體形、結構類型和荷載性質與大小,還要考慮地下水的影響。

　　3.多層房屋一般采用條形基礎或獨立基礎。一般先由地基承載力和變形确定基礎底面尺寸,然後再進行基礎截面設計驗算。基礎高度由混凝土抗沖切和剪切條件确定,基礎配筋則由基礎驗算截面的抗彎能力确定。除滿足計算要求以外,還要滿足一些規範規定的構造要求。要注意的是,在确定基礎底面尺寸或計算基礎沉降時，應考慮設計地面以下基礎及其上覆土重力的作用;而在進行基礎截面設計中,應采用不計上覆土重力作用時的地基淨反力進行計算。

　　4.在地基處理時,要針對地質報告條件和水文地質條件選用合适的地基處理方法。要特别注意所選的方法必須符合土力的基本原理和重視當地的實際工程經驗。要有長期荷載重心和基礎形心盡量相重合的概念。要有基礎整體性的概念,通過增設基礎連系梁和基礎圈梁等措施來保證。

　　框架柱設計的幾個問題：

　　1.電梯井的問題

　　由于在地震作用下高層框架結構的位移較難控制,而多層框架結構的位移控制要比其容易許多,故對于多層的鋼筋混凝土框架結構電梯井,完全可以采用框架加填充牆形式,隻是這時應加密填充牆構造柱,且應注意加強電梯井周圍的框架梁柱的配筋,因其剛度影響在計算中無法反映出來。若要将電梯井做成鋼筋混凝土形式,由于井筒會吸收較大地震力,相應減少框架部分吸收的地震力,則框架部分偏于不安全,且井筒基礎設計也較為困難,故應對整個結構按有無鋼筋混凝土井筒分别計算,取最不利結果配筋,且對井筒牆壁采取做薄牆厚、構造配筋、開豎縫、開計算洞等辦法來弱化電梯井剛度。這樣的牆體布置,在地震作用下不至于由于電梯井筒的破壞,而導緻結構整體喪失穩定性。

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　　2.框架柱配筋的調整

　　框架柱的配筋率一般都很低,有時電算結果為構造配筋,但是實際工程中均不會按此配筋。因為在地震作用下的框架柱,特别是角柱,所受的扭轉剪力最大,同時又受雙向彎矩作用,而橫梁的約束又較小,工作狀态下處于雙向偏心受壓狀态,所以其震害嚴重于内柱。對于質量分布不均勻的框架結構尤為明顯。為了滿足框架柱在多種内力組合下的強度要求,在配筋計算時應注意：選擇最不利的方向分别進行框架計算,也可對兩個方向均進行計算後取較大方向的配筋,并采用對稱配筋；控制柱的單邊方向縱筋的最少根數；将構造配筋的框架柱的配筋适當放大。根據設計經驗,一般控制在1.2倍～1.6倍,其中角柱1.4倍,邊柱1.3倍,中柱1.2倍；框架柱的箍筋形式應選用菱形或井字形,以提高箍筋對混凝土的約束；對于二、三級的框架底層柱縱筋宜采用焊接,而且當柱縱筋的總配筋率大于3%時,箍筋的直徑不應小于8mm,并應焊接；多層框架電算時,常不考慮溫度應力和基礎的不均勻沉降,當多層框架的水平尺寸較大及地基軟弱土層較厚或地基土質不均勻時,可以再适當放大柱的配筋,且宜在縱、橫兩個方向設置基礎梁,其配筋不宜按構造設置,應按框架梁進行設計,并應設置箍筋加密區。

　　3.框架柱的計算長度

　　為了增加房屋底部的整體性,減少位移,有時在±0.000mm附近設置基礎連系梁。此時底層柱H不應按GB50010--2002混凝土結構設計規範規定取用,因為基礎連系梁被分成了兩部分。如果H值取基礎連系梁頂面到一層樓蓋頂面的高度,顯然不合适,因為基礎連系梁的設計有時僅為構造設計,無法平衡底部柱腳的彎矩,也無法為上部結構的嵌固部分。理想的做法是:将基礎連系梁以下的部分看作底層,柱的H值取基礎頂面到連系梁頂面的高度,而把實際建築的底層作為第二層考慮,層高H取連系梁頂面到一層樓面的高度。此時,底層柱的配筋應取基礎連系梁頂面和基礎頂面中較大的内力進行設計,并且連系梁應按框架梁進行設計。

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