钢筋混凝土框架结构设计中需注意的几个问题

钢筋混凝土框架结构设计中需注意的几个问题

摘要：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，供同行参考。

关键词：框架结构；计算简图；框架柱；框架梁

钢筋混凝土框架结构是目前应用最广泛的结构形式之一，但目前的设计中还是经常存在一些问题，需要加以注意。

一.框架结构的延性抗震设计

我国现有很多建筑中，钢筋混凝土结构应用最为普遍，其中框架结构是最常用的结构形式。框架结构具有足够的强度、良好的延性和较强的整体性，目前广泛应用于地震设防地区，然而未经合理设计的框架结构会在地震作用下产生较严重的震害。结构延性有利于结构抗震，能防止结构的脆性破坏，保证结构或构件在破坏前有足够的变形能力。延性结构容许构件的某些临界截面有一定的转动能力形成塑性铰区域，产生内力重分布。结构延性在结构抗震中的作用与结构的承载能力同等重要。因此，钢筋混凝土材料具有双重性，如果设计合理，尽量减小混凝土脆性性质的危害，充分发挥钢筋塑性性能。

1．“强柱弱梁”设计原则。地震作用下，塑性铰的位置要出现在梁上，不能出现在梁跨中。出现在跨中的塑性铰会导致局部破坏。一个强柱弱梁结构，塑性铰首先出现在梁中，当部分或者全部两端都出现塑性铰时，结构仍能继续承受外荷载，只有当柱子底部出现塑性铰时，结构才达到破坏。此外梁的延性大于柱的延性。这是因为柱是压弯构件，较大的轴压比使柱的延性下降，梁是受弯构件，比较容易实现高延性的要求。因此，较合理的框架破坏机制应是梁比柱的塑性屈服尽可能早发生和多发生，底层柱根的塑性铰较晚形成。这种破坏机制的框架就是强柱弱梁型框架。

2．梁柱的延性设计。要使结构具有延性，就必须保证梁柱具有足够的延性，因此必须遵守强剪弱弯原则，控制构件的破坏形态。适筋梁和大偏压柱，在截面破坏时可以达到较好的延性，可吸收和耗散地震能量，使内力重分布得以充分发展；而钢筋混凝土梁柱受到较大剪力破坏时，往往呈现脆性破坏。所以在进行框架梁柱设计时，应使构件的受剪承载力大于其受弯承载力。

二.结构计算方面

1.基础抗震承载力验算及独立基础设计荷载取值问题

钢筋混凝土多层框架房屋层数较低时多采用独立基础，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中规定：地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层时，不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架和基础荷载相当的多层框架厂房可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算。但这些房屋在基础设计时应考虑风荷载的影响。在钢筋混凝土多层框架结构的整体计算分析中必须输入风荷载，不能因为在地震区高层建筑以外的一般建筑风荷载不起控制作用就不输入。另外一种情况是在设计独立基础时，除了作用在基础顶面上轴力和弯矩外，还应把作用在基础顶面的剪力计算在内，否则会导致基础设计尺寸偏小，影响基础本身和上部结构的安全。

2.计算简图的处理

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.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。另一个需要注意的是，当框架结构的电梯井道采用钢筋混凝土井壁时（设计时应尽量避免），计算简图一定要按实际情况输入，否则可能会造成顶部框架柱设计不安全。

3.结构计算参数的选取

(1).设计基本地震加速度值

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中规定：抗震设防烈度为7度时，设计基本地震加速度值分别为0.1g和0.15g两种，抗震设防烈度为8度时，设计基本地震加速度值分别为0.2g和0.3g两种。计算中应严格注意地震区的划分，选取正确的设计基本地震加速度值，这一项对地震作用效应的影响极大。

(2).结构周期折减系数

框架结构由于填充墙的存在，使结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期，因此，算出的地震作用效应偏小，使结构偏于不安全，因而对结构的计算周期进行折减是必要的。折减系数可根据填充墙的材料及数量选取0.7~0.9。

(3).活荷载的最不利布置

多层框架，尤其是活荷载较大时，是否进行活荷的最不利布置对计算结果影响较大。即使选用程序中给定的梁设计弯矩放大系数，也不一定能反映出工程的实际受力情况，有可能造成结构不安全或过于保守。考虑目前的计算机计算速度都比较快，笔者建议所有工程都应进行活荷载的最不利布置计算。

三.设计构造方面

1.柱的截面尺寸应满足要求

《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)新增加柱的截面宽度和高度的要求，四级或不超过2层时不宜小于300mm，一、二、三级且超过2层时不宜小于400mm；圆柱的直径，四级或不超过2层时不宜小于350mm,一、二、三级且超过2层时不宜小于450mm。

2.框架节点核芯区箍筋配置应满足要求

对于规范中规定的框架柱箍筋加密区的箍筋最小体积配箍率的要求，绝大部分设计人员都能给予足够的重视，但对于《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中规定的“一﹑二﹑三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于0.12﹑0.10﹑0.08且体积配箍率分别不宜小于0.6%﹑0.5%﹑0.4%。”设计中经常被忽视，尤其是柱轴压比不大时，常常不满足要求。这一规定是保证节点核芯区延性的重要构造措施，应严格遵守。

3 .框架梁的纵向配筋率应注意

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中规定：“当框架梁梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时，梁箍筋最小直径的数值应比表6.3.3中规定的数值增大2mm。”在目前设计中，这一规定常被忽视，造成梁端延性不足。

4.框架梁上部纵筋端部水平锚固长度应满足要求

《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中规定：“框架端节点处，当框架梁上部纵筋水平直线段锚固长度不足时，应伸至柱外边并向下弯折，弯折前的水平投影长度不应小于0.4lab。”当框架柱截面尺寸小于400X400mm时，应注意梁上部纵筋直径的选择，否则这一项要求不容易得到保证。

结束语

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问题，只有熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，才能设计出既安全又经济适用的优秀作品。由于水平有限，错误之处难免，热忱欢迎同行指出，以达到共同提高之目的。