钢筋混凝土框架结构文献综述.

前言

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。一般框架结构是由楼板、梁、柱及基础 4种承重构件组成的,由主梁、柱与基础构成平面框架,各平面框架再由连续梁连接起来而形成的空间结构体系。在合理的高度和层数的情况下, 框架结构能够提供较大的建筑空间, 其平面布置比较的灵活, 可适合多种工艺与使用功能的要求。下面介绍下框架结构的基本信息及一些常见的问题 [1]。

1. 文献综述正文

钢筋混凝土框架结构是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成的。由主梁、柱与基础构成平面框架, 各平面框架再由连续梁连接起来形成空间结构体系。高层建筑采用框架结构体系时, 框架梁应纵横向布置, 形成双向抗侧力构件, 使之具有较强的空间整体性, 以承受任意方向的侧向力。框架结构具有建筑平面布置灵活、造型活泼等优点, 可以形成较大的使用空间, 易于满足多功能的使用要求。在结构受力性能方面,框架结构属于柔性结构,自振周期较长,地震反应较小, 经过合理的结构设计,可以具有较好的延性性能 [2]。其缺点就是整体侧向刚度较小, 在强烈地震作用下侧向变形较大, 容易使填充墙产生裂缝, 并引起建筑装修、玻璃幕墙等非结构构件的破坏。不仅地震中危及人身安全和财产损失, 而且震后的修复工作和费用也很大 [3]。同时当建筑层数较多或荷载较大时, 要求框架柱截面尺寸较大, 既减少了建筑使用面积, 又会给室内办公用品或家具的布置带来不便, 因此这种结构一般用于非地震区或层数较少的低烈度高层建筑。另外框架结构的承载力较低, 它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁, 楼层越高, 水平位移越慢, 高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力, 这时, 现浇楼面也作为梁共同工作的构件, 装配整体式楼面的作用则不考虑, 框架结构的墙体是填充墙, 起围护和分隔作用。

1.1框架结构的优缺点

框架结构体系是由横梁与柱子连接而成。梁柱连接处 (称为节点一般为刚性

连接, 有时为便于施工和其他构造要求, 也可以将部分节点做成铰接或者半铰接。柱支座一般为固定支座, 必要时也可以设计成铰支座。框架结构可以分为现浇整体式,装配式,现浇装配式。

框架结构的布置灵活, 容易满足建筑功能和生工艺的多种要求。同时, 经过合理设计, 框架结构可以具有较好的延性和抗震性能。但是, 框架结构承受水平力(如风荷载和水平地震作用的能力较小。当层数较多或水平力较大时,水平位移较大,在强烈地震作用下往往由于变形过大而引起非结构构件 (如填充墙的破坏。因此, 为了满足承载力和侧向刚度的要求, 柱子的截面往往较大, 既耗费建筑材料,又减少使用面积。这就使框架结构的建筑高度受到一定的限制。目前, 框架结构一般用于多层建筑和不考虑抗震设防,层数较少的的高层建筑 (比如, 层数为 10层或高度为30米以下。

1.2 框架结构的布置

多层框架结构的平面布置形式非常的灵活, 框架结构按照承重方式的不同分为以下三类 [4]:

(1横向框架承重方案,以框架横梁作为楼盖的主梁,楼面荷载主要由横向框架承担。由于横向框架数往往较少,主梁沿横向布置有利于增强房屋的横向刚度。同时, 主梁沿横向布置还有利于建筑物的通风和采光。但由于主梁截面尺寸较大, 当房屋需要大空间时,净空较小,且不利于布置纵向管道。

(2纵向框架承重方案以框架纵梁作为楼盖的主梁,楼面荷载由框架纵梁承担。由于横梁截面尺寸较小, 有利于设备管线的穿行, 可获得较高的室内净空。但房屋横向刚度较差,同时进深尺度受到预制板长度的限制。

(3纵横向框架混合承重方案纵横向框架混合承重方案是沿纵横两个方向上均布置有框架梁作为楼盖的主梁, 楼面荷载由纵, 横向框架梁共同承担。它具有较好的整体工作性能。

1.3 双向板的截面设计构造及配筋

对于周边与梁整浇的双向板, 由于在两个方向受到支撑构件的变形约束, 整块板内存在穹顶作用,使板内的弯矩大大减小。文献 [5]中提到为了利用这一有

利的因素, 规范允许对四边与梁整结板, 起弯矩的设计值根据一定的条件进行折减。双向板的厚度不宜小于 80mm 。由于挠度不另作验算,双向板的板厚与短跨跨长的比值应满足:简支板, 连续板。双向板按照弹性理论方法设计时, 所求得的跨中正弯矩钢筋数量是指板的中央处的数量, 靠近板的两边, 其数量可以逐渐减小。考虑到施工方面, 将板的两个边方向上各分为 3个板带。两个方向的边缘板带宽度军为均为短边长度的 1/4,其余则为中间板带。在中间板带上,按跨中最大正弯矩求得的单位板宽内的钢筋数量均匀布置; 而在边缘板带上, 按中间板带单位板宽内的钢筋数量一半均匀布置。

1.4 独立基础荷载取值问题

钢筋混凝土多层框架房屋多采用柱下独立基础, 《抗震规范》 (GB50011- 2001 第 4.2.1条指出,当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 2 5 m 以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房, 可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。这就是说, 在 8度地震区, 大多数钢筋混凝土多层框架房屋可不必进行地基和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。因此,在钢筋混凝土多层框架房屋的整体计算分析中, 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。另一种情况是, 在设计独立基础时, 作用在基础顶面上的外荷载 ( 柱脚内力设计值只取轴力设计值和弯矩设计值, 无剪力设计值, 或者甚至只取轴力设计值。以上两种情况都会导致基础设计尺寸偏小, 配筋偏少, 影响基础本身和上部结构的安全。

1.5 框架计算简图问题

无地下室的钢筋混凝土多层框架房屋,独立基础埋置较深,在 0. 05m 左右设有基础拉梁时,应将基础拉梁按层 l 输入。以某学生宿舍楼为例,该项目为 3层钢筋混凝土框架结构, 丙类建筑, 建筑场地为 II 类; 层高 3. 3m , 基础埋深 4. 0m 基础高度 0. 8m ,室内外高差 0. 45m 。根据《抗震规范》第 6.1.2条,在 8度地震区该工程框架结构的抗震等级为二级。设计者按 3层框架房屋计算, 首层层高取 3. 35m ,即假定框架房屋嵌固在 0. 05m 处的基础拉梁顶面;基础拉梁的断面和配筋按构造设计; 基础按中心受压计算。显然, 选取这样的计算简图是不妥当的。因为,第一,按构造设计的拉梁无法平衡柱脚弯矩:第二, 《混凝土结构

设计规范》 (GB50010. 2002 第 7.3.11条规定,框架结构底柱的高度应取基础顶面至首层楼盖顶面的高度。工程设计经验表明, 这样的框架结构宜按 4层进行整体分析计算,即将基础拉梁层按层 l 输入,拉梁上如作用有荷载,应将荷载一并输入。

这样, 计算剪力的首层层高为 Hl=4. 8-0. 05=3. 15m , 层 2层高为 3. 35m , 层 3、 4层高为 3. 3m 。根据《抗震规范》第 6.2.3条,框架柱底层柱脚弯矩设计值应乘以增大系数 1. 25。当设拉梁层时,一般情况下,要比较底层柱的配筋是由基础顶面处的截面控制还是由基础拉梁顶面处的截面控制。考虑到地基土的约束作用, 对这样的计算简图, 在电算程序总信息输入中, 可填写地下室层数为 l , 并复算一次,按两次计算结果的包络图进行框架结构底层柱的配筋。

2. 结束语

以上是我在看到的很多有关文章中都有提到的框架结构的基本信息以及在设计过程中的基本问题, 在我以后的实际工作当中也可能会碰到这类问题, 或许还会碰到更多的问题, 对可能碰到的问题, 应该提前采取措施予以解决, 并对所有计算结果认真分析、判断, 准确无误后方可应用于实际工程。通过一个完整的毕业设计, 在资料查阅, 文献综述与阅读, 设计思路与方案的确定等方面有了较大的提高, 对于相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法有较系统地认识了解。

参考文献