基于钢筋混凝土框架结构设计的认识

基于钢筋混凝土框架结构设计的认识

【摘要】为了满足人民对生活条件改善以及基础设施建设的需求，广大的结构工程师研制设计出了各类建筑结构形式，其中钢筋混凝土框架结构就是符合社会发展要求的一种结构，其广泛应用于住宅、学校、办公楼等各类建筑。本文笔者根据经验与实践，对框架结构设计谈谈个人的的认识与见解。

【关键词】建筑；框架结构；设计

一、框架结构设计基本原则

框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗水平荷载和竖向荷载。框架结构平面布置宜简单、规则、对称、避免过大的凹凸；楼板应尽量连续，开洞面积不宜过大；质心与刚宜接近。结构的竖向布置宜规则，侧向刚度沿竖向宜均与变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小、避免侧向刚度和承载力突变。对于不规则的建筑应按规定采取加强措施。框架结构的传力路径要求简单、合理且有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接。框架应沿建筑的两个主轴双向设置，形成双向梁柱抗侧力体系。框架结构的围护墙和隔墙，应估计其设置对结构抗震的不利影响，避免不合理设置而导致主体结构的破坏。

二、基础设计

在设计框架结构中，当柱下扩展基础宽度较宽或地基不均匀及地基较软时，一般采用柱下条基，并考虑节点处基础底面积双向重复

使用的不利因素，适当加宽基础。建筑地段较好，基础埋深大于3m 时，在设计时建议在建筑底部做地下室。当地基承载力满足设计要求时，地下室底板可不再外伸以利于防水。每隔30m～40m设一后浇带，两个月后再用微膨胀混凝土浇注。设置地下室可降低地基的附加应力，提高地基的承载力，减少地震作用对上部结构的影响。但在设计过程中对影响整体建筑的结构安全时，应不设局部地下室，且地下室应有相同的埋深。地下室外墙为混凝土时，相应的楼层处梁和基础粱可取消。抗震缝、伸缩缝在地面下则可不设，但连接处应加强，但沉降缝两侧墙体基础一定要分开。如果旁边有新建建筑物，在基础不宜深于周围已有基础，如深于原有基础，其基础间的净距应不少于基础高差的2倍，否则应打抗滑移桩，防止原有建筑的破坏。建筑层数相差较大时，应在层数较低的基础方格中心的区域内垫焦碴来调整基底附加应力。同时独立基础偏心不能过大，必要时可与相近的基础做成柱下条基。柱下条形基础的底板偏心不能过大，在必要时也可做成三面支承一面自由板（类似筏基中间开洞）。两根柱的柱下条基的荷载重心和基础底板的形心宜重合，基础底板可做成梯形或台阶形，或调整挑梁两端的出挑长度。独立基础的拉梁宜通长配筋，其下应垫焦碴。底层内隔墙一般不用做基础，可将地面的混凝土垫层局部加厚。此外考虑到一般建筑沉降为锅底形，结构的整体弯曲和上部结构与基础的协同作用，顶、底板钢筋应拉通，且纵向基础梁的底筋也应该拉通。基础底面积不应因地震附加力而过分加大，否则地震下安全了而常规情况下反而沉降

差异较大，出现本末倒置现象。

三、柱设计

地上为圆柱时，地下部分应改为方柱，方便施工。圆柱纵筋根数最少为8根，箍筋用螺旋箍，并注明端部应有一圈半的水平段。方柱箍筋应使用井字箍，并按规范加密。角柱、楼梯问柱应增大纵筋并全柱高加密箍筋。

柱的纵筋宜大直径、大间距，但间距不宜大于200。

柱内埋管，一般情况下仅在柱的四角才有条件埋设较粗的管，管截面面积占柱截面4%以下时，可不必验算。柱内不得穿暖气管。柱断面不宜小于450×450，混凝土不宜小于c25，否则梁纵筋锚人柱内的水平段不容易满足0.45la的要求，不满足时应加横筋。异型柱结构，梁纵筋一排根数不宜过多，柱端部纵筋不宜过密，否则节点混凝土浇筑困难。当有部分矩形柱部分异型柱时，应注意异型柱的刚度要和矩形柱相接近，不要相差太大。

四、梁柱截面的取值

我国的设计人员在大量的实际工程设计经验中，得出了框架梁柱截面尺寸大小的一般限值。柱的短边尺寸可近似取底层柱高的

1/15～1/20。长边尺寸按（1～1.5）选用。框架梁截面高度可取l/8～l/12，截面宽度一般为 /2～ /3（l为梁的跨度）。这是初步估计的截面尺寸。进行高层建筑的框架结构设计时，因为由于框架柱所受的轴向压力较大，柱的截面尺寸还要根据轴压比限值进行假定，目的是为了防止钢筋混凝土框架柱在高轴压状态下呈现脆

性破坏。同时，高层建筑物层数多、高度大，为保证高层建筑具有必要的刚度，以保证结构的正常使用，要控制其侧向位移量。在正常使用条件下，限制高层建筑结构层间位移的主要目的有两点：①防止混凝土柱出现裂缝，同时，将混凝土梁、板等楼面构件的裂缝数量和宽度控制在允许范围之内。②保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件的完好，避免明显损伤。这实际上也就是对柱横截面尺寸控制的一个指标。因为框架的抗侧移能力，主要取决于柱的侧移刚度，也就是说，柱截面尺寸初步定好之后，还要计算框架顶部的侧移量来验算柱的截面尺寸。在确定梁的截面尺寸时，须注意应使柱的线刚度与梁的线刚度的比值大于1。这是为了实现在地震作用下，让梁端形成塑性铰时，柱端仍可处于非弹性工作状态而没有屈服。也就是说，柱应在梁之后产生破坏，以保证结构整体在地震中不至于突然坍塌。即所谓的“强柱弱梁”。因此，梁、柱截面的尺寸既要满足延性要求，又要满足层间位移控制条件及相互刚度的协调性，这是设计阶段需慎重处理的一个问题。

五、框架结构设计过程应注意的问题

（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。

（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口，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。

（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）在设计框架结构和裙房时，高低跨之间不要采用主楼设牛腿、低层屋面或楼梯梁搁在牛腿上的做法，也不要用牛腿托梁的方式作为防震缝。因为在地震时各单元之间，尤其是高低层之间的震动情况不同，连接处很容易压碎、拉断。因此，凡要设缝，就要分得彻底，凡不设缝，就要连接牢固，绝不能似分非分，似连非连，否则很容易在地震中破坏。

（5）填充墙拉筋和预埋件等不应与框架梁、柱的纵向钢筋焊接，