浅谈建筑框架结构设计

浅谈建筑框架结构设计

发表时间：2019-08-13T15:51:28.567Z 来源：《防护工程》2019年10期作者：王卫东1 杨丽云2 王永振3 [导读] 在我国钢筋混凝土结构是多层框架最常用的结构型式。近年来，世界各地的钢筋混凝土多层框架结构的发展很快，应用很多。

王卫东1 杨丽云2 王永振3

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摘要：随着社会的发展，钢筋混凝土框架结构的建筑物越来越普遍。由于钢筋混凝土结构与砌体结构相比较具有承载力大、结构自重轻、抗震性能好、建造的工业化程度高等优点；与钢结构相比又具有造价低、材料来源广泛、耐火性好、结构刚度大、使用维修费用低等优点。因此，在我国钢筋混凝土结构是多层框架最常用的结构型式。近年来，世界各地的钢筋混凝土多层框架结构的发展很快，应用很多。以下是建筑框架结构设计中值得我们注意的地方，以和大家共同探讨。

关键词：建筑；框架结构；设计

1强柱弱梁节点设计

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矩按强柱弱梁原则调整放大，加强拄的配筋构造。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高，以免在罕遇地震中进人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。 2基础系梁的设置

当前建筑框架结构设计在基础梁设置方面的问题主要表现在埋置深度问题。如果基础梁埋置深度过深，则可采用基础系梁的方式减少底层柱的计算长度。若是工程条件符合《建筑抗震设计规范》的规定，同样需要设置基础系粱。同时，依照建筑物的抗震要求，建议沿着两个主轴的方向设置基础系粱，其中所构造的基础系梁的纵向受力钢筋可以取所连接柱的最大轴力设计值的百分之十作为压力或者拉力来加以计算，截面高度可以取连接柱中心距离的l／12～1／15。满足最小配筋率是构造配筋的基本条件，当基础系梁上作用有楼梯柱或者填充墙时传来的荷载时，应该将相应值提升至与所连接柱子最大轴力设计值的10％的叠加。同时，基础系梁截面也应该保持同步的增加，计算出配筋应满足的构造和受力要求。基础系梁顶标高的构造与基础顶标高一样。

此外，可以用混凝土将基础梁下面独立基础的锥形斜坡或者台阶之间的空隙部分浇筑，使其与基础项面齐平之后再浇筑基础系梁。如果以基础系梁来进行柱底弯矩的平衡，那么应该按照框架梁来设计配筋和基础系梁的截面尺寸。此时，应该全部拉通拉梁正弯矩钢筋，至少应在1／2跨拉通负弯矩钢筋，基础系梁纵筋的抗震要求、箍筋的加密以及框架柱内的锚固应该与上部框架梁相同，而且此时要在基础梁顶部设置拉粱。总之，若是不设置基础系粱，则可以把混凝土条形作为填充墙的基础；若是设置基础拉粱，则适合在框架柱之间设置，对于不在框架柱之间的墙体可以素混凝土基础。 3正确选取重要的结构计算参数结构设计计算时，除了有合理的结构方案、正确的结构计算简图外，正确选择抗震设防烈度和场地类别、合理选取电算软件中的其他各项参数也是十分重要的。

3.1结构的抗震等级

在工程设计中，各类房屋建筑首先应当根据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223—2008）确定建筑类别。对于丙类建筑，其地震作用均按本地区抗震设防烈度计算。对于乙类建筑，《建筑抗震设计规范》（GB5001l一2001）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，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6～8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。实际设计中经常发生抗震等级选错的情况。如：位于8度区的某乙类建筑，应按9度由《建筑抗震设计规范》表6．1．2确定其抗震等级为一级。当8度地区乙类建筑的高度超过表6．1．2规定的范围时．应采取比一级抗震等级更有效的抗震措施。

3.2设计基本地震加速度

《建筑抗震设计规范》3．2．2条中规定：抗震设防烈度为7度时，设计基本地震加速度值分别为0．19和0．159两种，抗震设防烈度为8度时，设计基本地震加速度值分别为O．29和0．39两种，这与89旧规范差别较大。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。

3.3地震力振型组合数

对于较高层建筑，当不考虑扭转耦联时，振型数应不小于3；当振型数多于3时，宜取为3的倍数，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；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，振型数应大于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。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。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。

3.4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，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0．6～0．7：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。

3.5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2．0、边梁取1．5为宜。 4框架结构构造配筋

4.1框架外挑梁配筋

由于占地面积的限制、使用功能的要求或结构上的原因，工程上常在框架的梁端设计挑梁。由于框架梁的荷载与外挑梁的实际荷载值不同，因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了事，殊不知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，但为时已晚，许多钢筋已截断成型，这不仅影响了施工进度，而且也造成了不必要的损失。

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，有些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。

4.2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以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4次方成正比。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，显然柱顶有大偏心问题，顶层边柱节点出现轴向力对截面重心的偏心距大于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人柱内，且伸过横梁下边；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不少于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，对这类问题，缺乏实践经验的工程技术人员不易立即发现，而要等施工时才会察觉。问题的症结在于柱宽大于梁宽，柱角的纵筋要完全伸人梁内是办不到的，对这种差错应引起设计人员的重视。

4.3框架梁、柱箍筋配置

《混凝土结构设计规范》对不同抗震等级的框架梁、柱箍筋加密区的最小箍筋直径和最大箍筋间距都作了明确规定。根据这些规定，工程习惯上常取的梁、柱箍筋加密区最大间距为100mm，非加密区箍筋最大间距为200mm。电算程序信息中通常也内定梁、柱箍筋加密区间距为100mm，由设计人员根据规范确定箍筋直径和肢数。但是，在程序内定的条件下，当框架梁的跨中部位有次梁或有较大的其他集中荷载作用却仅配两肢箍筋时，多数情况下，非加密区箍筋间距若仍是200mm，会使梁的非加密区配箍不足。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大于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100mm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。这里需要指出的是，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计值，并且不乘以剪力增大系数。

5结语

建筑框架设计的造型与功能的要求日趋多样，设计过程中遇到的难点也日益增多，上述的建筑框架结构设计的几个问题都是比较常见的，却又是很多设计人员没有引起足够的重视，时常被施工方忽略。设计人员在进行建筑框架结构设计时，不仅要熟悉国家所规定的硬性要求和遵循各种规范，还要依据实际工作的经验，合理利用计算机技术，选择合适的参数指标和结构体系，大胆灵活的处理和解决结构方案上相关的问题，在工作中不断的进步和完善。

参考文献：

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[2]康旺.探索建筑框架结构设计技术[J].城市建设理论研究，2014，（9）.

[3]王远祥.关于建筑框架结构设计的探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（24）.

[4]王远祥.关于建筑框架结构设计的探讨[J].房地产导刊，2013，（13）：94-94.

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