關于框架結(jié)構(gòu)設計及注意的問題探討

1、<p>　　關于框架結(jié)構(gòu)設計及注意的問題探討</p><p>　　摘要：建筑框架結(jié)構(gòu)設計是結(jié)構(gòu)設計中較為基礎的設計，也是建筑結(jié)構(gòu)設計中較為重要的一種形式。本文主要就框架結(jié)構(gòu)設8BA1中常見的幾個問題進行了分析，并提出了相應的解決措施，僅供設計者在做框架結(jié)構(gòu)設計時參考。 </p><p>　　關鍵詞：框架結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設計；計算簡圖；解決措施 </p><p>

2、　　中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　框架結(jié)構(gòu)作為常用的結(jié)構(gòu)形式,具有結(jié)構(gòu)布置靈活、抗震性和整體性好的優(yōu)點,目前已被廣泛地應用于各類多層的工業(yè)與民用建中。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展,框架結(jié)構(gòu)的計算也由手算轉(zhuǎn)向電算,計算精度日益提高,設計人員的工作強度逐漸降低。但是,在框架結(jié)構(gòu)的設計中,仍然存在著一些

3、概念性和實際性的問題需要設計人員予以重視,以確保設計質(zhì)量的提高。下面本人結(jié)合多年工作經(jīng)驗，就框架結(jié)構(gòu)設計中常見問題及解決措施淺談幾點看法。 </p><p>　　1 框架結(jié)構(gòu)設計基本原則 </p><p>　　1.1剛?cè)岵?。合理的建筑結(jié)構(gòu)體系應該是剛?cè)嵯酀?。結(jié)構(gòu)太剛則變形能力差，強大的破壞力瞬間襲來時，需要承受的力很大，容易造成局部受損最后全部毀壞；而太柔的結(jié)構(gòu)雖然可以很好的消減外力，

4、但容易造成變形過大而無法使用甚至全體傾覆。柔多一點雖然造價便宜但是必然產(chǎn)生變形以適應外力，太柔的結(jié)果必然是太大的變形，甚至會導致立足不穩(wěn)而失去根本。 </p><p>　　1.2多道防線。安全的結(jié)構(gòu)體系是層層設防的，災難來臨，所有抵抗外力的結(jié)構(gòu)都在通力合作，前仆后繼。這時候，如果把“生存”的希望全部寄托在某個單一的構(gòu)件上，是非常非常危險的。如土建結(jié)構(gòu)中多肢墻比單片墻好，框架剪力墻比純框架好等等，就是體現(xiàn)了多道防線

5、的設計思路。 </p><p>　　1.3抓大放小。在框架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系中具有“強柱弱梁”、“強剪弱彎”等的說法也是鋼結(jié)構(gòu)設計中非常重要的概念。絕對安全的結(jié)構(gòu)是沒有的。簡單地說，雖然整個結(jié)構(gòu)體系是由各種構(gòu)件協(xié)調(diào)組成一體，但各個構(gòu)件擔任的角色不盡相同，按照其重要性也就有輕重之分。一旦不可意料的破壞力量突然襲來，各個構(gòu)件協(xié)作抵抗的目的，就是為了保住最重要的構(gòu)件免遭摧毀或者至少是最后才遭摧毀，這時候犧牲在所難免，讓誰犧牲

6、呢？明智之舉是要讓次要構(gòu)件先去承擔災難。“寧為玉碎，不為瓦全”，如果平均用力，可能會“玉石俱粉”，損失則更大矣！ </p><p>　　1.4 打通關節(jié)。理想的結(jié)構(gòu)體系當然是渾然一體的―也就是沒有任何關節(jié)的，這樣的結(jié)構(gòu)體系使任何外力都能迅速傳遞和消減。基于這個思路，設計者要做的就是要盡可能地把結(jié)構(gòu)中各種各樣的關節(jié)“打通”，使力量在關節(jié)處暢通無阻。打通關節(jié)保持平衡的目的其實就是使其永遠處于原始的靜態(tài)，當力量不能暢通

7、時，構(gòu)件與構(gòu)件之間，構(gòu)件的組成元素與元素之間的靜態(tài)平衡一旦被破壞，結(jié)構(gòu)變成機動，“動”即是死，即為終結(jié)。可見設計者是協(xié)調(diào)者，其任務是讓所有互不相關的靜態(tài)構(gòu)件相聚之后依然處于靜態(tài)（也就是使其保持常態(tài)），或者是處在相對的靜態(tài)之中。 </p><p>　　2 框架結(jié)構(gòu)設計需注意的關鍵問題 </p><p>　　2.1梁與柱的中心線宜重合。規(guī)范規(guī)定,框架、梁、柱中心線宜重合,當梁、柱中心線不重合時

8、,在計算時應考慮偏心對梁柱節(jié)點核心區(qū)受力和構(gòu)造的不利影響,以及梁上的荷載對柱子的偏心影響。若偏心距大于該方向上柱高寬度的1/4時,可以采用增設梁的水平方向加腋等措施。有模擬水平地震作用的研究表明,當框架梁、柱中心線偏心距大于該方向柱寬的1/4時。節(jié)點核心區(qū)除了出現(xiàn)斜裂縫,還會出現(xiàn)豎向裂縫。因此當梁、柱偏心距大于該方向柱寬的1/4時應采用梁水平腋的措施,加腋的構(gòu)造見《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(以下簡稱《高規(guī)》)6.1.7條,加腋后的粱

9、在驗算梁的剪壓比和受彎承載力時,一般不計加腋部分截面的有利影響。水平加腋部分斜向設置的水平鋼筋的直徑不宜小于φ14,間距不小于200mm,附加箍筋直徑不宜小于φ8@200。 </p><p>　　2.2避免短柱的出現(xiàn)框。架的柱端一般同時存在著彎矩M和剪力V,長、短柱的確定是根據(jù)柱的剪跨比λ＝M/Vh0確定(ho與彎矩平行方向柱截面有效高度)λ≤1.5時為極短柱,1.52時為長柱。試驗表明極短柱發(fā)生剪切斜拉破壞,屬

10、于脆性破壞.短柱多數(shù)發(fā)生剪切破壞,長柱一般發(fā)生彎曲破壞?？蚣芙Y(jié)構(gòu)中由于樓梯間休息平臺梁或因?qū)痈甙孛娲蟮仍?某些工程中短柱難以避免如果同一層均為短柱,各柱剛度相差不大,這種情況進行內(nèi)力分析和結(jié)構(gòu)設計安全是可以保證。 </p><p>　　2.3雙向梁柱抗側(cè)力體系的布置。框架結(jié)構(gòu)既要承受豎向荷載,又要承受水平荷載,因此必須設計成雙向梁、柱抗側(cè)力體系,并且應具有足夠的側(cè)向剛度,以滿足規(guī)范規(guī)定的樓層層間最大位移與

11、層高之比的限值。 </p><p>　　3 框架結(jié)構(gòu)設計方法 </p><p>　　3.1框架計算簡圖的確定 </p><p>　　3.1.1無地下室的多層框架房屋 </p><p>　?、倩A埋深較淺時現(xiàn)澆的框架結(jié)構(gòu)梁柱剛接，計算簡圖的確定主要是確定底層柱的計算長度。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB50010-2010(以下簡稱《結(jié)構(gòu)規(guī)范》)

12、第6.2.20條規(guī)定: 一般多層房屋中梁柱為剛接的框架結(jié)構(gòu)，各層柱的計算長度l0可按表6.2.20-2 取用。 </p><p>　　表 6.2.20-2 框架結(jié)構(gòu)各層柱的計算長度 </p><p>　　樓蓋類型 柱的類別 l0 </p><p>　　現(xiàn)澆樓蓋 底層柱 1.0 H </p><p>　　其余各層柱 1.25 H </p&

13、gt;<p>　　裝配式樓蓋 底層柱 1.25 H </p><p>　　其余各層柱 1.5 H </p><p>　　注：表中 H 為底層柱從基礎頂面到一層樓蓋頂面的高度；對其余各層柱為上下兩層樓。 </p><p>　　在實際設計中，現(xiàn)澆樓蓋我們一般取1.0H:裝配式框架取1.25H。 </p><p>　?、诨A埋深較大時

14、為了增加房屋底部的整體性，減小位移有時在±0.000標高附近設置基礎連系梁。將基礎連系梁以下的部分看作底層，往的H值取基礎頂面至連系梁頂面的高度，而把實際建筑的底層作為第二層考慮，層高H取連系梁頂層至一層樓面高度。 </p><p>　　3.1.2 帶地下室的多層框架房屋 </p><p>　　對于帶地下室的多層框架結(jié)構(gòu)，合理確定上部結(jié)構(gòu)的嵌固位置是一個關鍵問題?！督Y(jié)構(gòu)規(guī)范》和《

15、建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2010(以下簡稱《抗震規(guī)范》)，都沒有明確地提出具體位置，需要具體問題具體分析。對于能夠滿足《抗震規(guī)范》第6.1.14條（1、頂板應避免開設大洞口；地下室在地上結(jié)構(gòu)相關范圍的頂板應采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，相關范圍以外的地下室頂板宜采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)；其樓板厚度不宜小于180mm，混凝土強度等級不宜小于C30，應采用雙層雙向配筋，且每層每個方向的配筋率不宜小于0.25%。2、結(jié)構(gòu)地上一層的側(cè)向剛度，不宜大于相關

16、范圍地下一層側(cè)向剛度的0.5倍；地下室周邊宜有與其頂板相連的抗震墻。3、地下室頂極對應于地上框架柱的梁柱節(jié)點除應滿足抗震計算要求外，尚應符合下列規(guī)定之一：1)地下一層柱截面每側(cè)縱向鋼筋不應小于地上一層柱對應縱向鋼筋的1.1倍，且地下一層柱上端和節(jié)點左右梁端實配的抗震受彎承載力之和應大于地上一層柱下端實配的抗震受彎承載力的1.3倍。2)地下一層梁剛度較大時，柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積應大于地上一層對應柱每側(cè)縱向鋼筋面積的1.1倍；同時梁端頂

17、面和底面的縱向鋼筋面積均應比計算增</p><p>　　3.2 基礎寬度和面積的計算 </p><p>　　在計算基礎寬度或面積時，往往由于力學模型不明確或考慮問題不周詳，導致基礎寬度或面積不足。如墻體上作用有較大集中力的情況，當墻體上有較大的集中力作用時，通過墻體和基礎可將集中力向地基擴散，但這種擴散是有一定范圍的，且基底土反力并不均勻分布。若設計時用該集中力除以墻段長度得到的平均線荷來

18、確定基礎寬度，則導致局部基礎寬度不足。因此，必須加大基礎寬度以滿足地基承載力的要求。通常采用局部調(diào)整系數(shù)調(diào)整基礎寬度的方法解決此類問題。目前常用的框架結(jié)構(gòu)空間分析計算軟件都是以整幢樓的梁、柱整體參加工作進行計算分析的，對部分梁而言，盡管相交梁截面尺寸不同，相互之間卻不存在主、次梁關系，設計人員在繪制施工圖時，應注意配筋形式與受力分析相匹配。框架結(jié)構(gòu)經(jīng)空間分析程序電算，所有按主梁輸人模型的梁是整體工作的，部分梁將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)問題。一些三維空間

19、分析軟件，雖已調(diào)整梁的抗扭剛度，但計算出來框架邊梁扭矩筋仍很大，因程序不計樓板對梁的約束作用(即實際扭矩設計算值那么大)，實際受力與計算模型不符。可把次梁支座改為鉸支座，并配以構(gòu)造處理。 </p><p>　　3.3鋼筋混凝土保護層厚度的取值 </p><p>　　混凝土保護層的作用是保護鋼筋不發(fā)生銹蝕，并保證鋼筋的粘結(jié)錨固性能，直接影響構(gòu)件的耐久性和鋼筋的受力性能，但由于設計人員的不重視

20、，常會出現(xiàn)問題: </p><p>　?、倭夯蛑?，只注意到主筋的保護層厚度，而忽略了箍筋的保護層厚度，造成箍筋外露或保護層厚度不足； </p><p>　?、谥髁号c次梁交叉處、主梁、次梁和板的鋼筋關系處理不明確，造成板負筋保護層厚度不足或構(gòu)件有效截面高度損失，直接影響到構(gòu)件的安全性； </p><p>　　③地上部分與地下部分的柱子因所處的環(huán)境條件不同，根據(jù)規(guī)范要

21、求，應采取不同的保護層厚度。因此，設計時應注意兩個方面：一是正確處理構(gòu)件內(nèi)各類鋼筋的相互關系，按鋼筋的正確位置確定構(gòu)件內(nèi)鋼筋的保護層厚度及構(gòu)件有效截面高度，并進行構(gòu)件的截面設計。首先根據(jù)規(guī)范要求確定梁柱內(nèi)箍筋的保護層厚度，即確定箍筋的正確位置，主筋的保護層厚度可采用a+d(a為箍筋保護層最小厚度，d:為箍筋直徑)，并大于規(guī)范規(guī)定的最小厚度，以此確定主筋的正確位置；根據(jù)各種鋼筋的正確位置，確定相關構(gòu)件的有效截面高度并進行配筋計算，在施工圖

22、中標出相關構(gòu)件中鋼筋的位置。二是正確區(qū)分同一構(gòu)件所處的環(huán)境條件，區(qū)別對待不同環(huán)境下的混凝土保護層厚度。地下部分的柱子可將其斷面加大，滿足其保護層厚度的要求，同時保證柱子鋼筋上下位置的一致性，滿足鋼筋受力要求。 </p><p><b>　　4 結(jié)束語 </b></p><p>　　總之，以上提出的都是框架結(jié)構(gòu)設計中出現(xiàn)的易疏忽的問題。一旦處理不好或計算過程中未加考慮便