浅析多层建筑钢筋混凝土框架结构设计

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅析多层建筑钢筋混凝土框架结构 设计 摘 要:伴随着建筑造型和建筑功 能要求日趋多样化,无论是工业建筑还是 民用建筑,在结构设计中遇到的各种难题 也日益增多。本文从结构设计计算、构 造措施、设计注意事项等方面探讨了钢 筋混凝土框架结构设计中需要注意的问 题。 中国论文网 /2/view-12910778.htm 关键词:多层框架结构；结构设计； 设计计算 伴随着我国经济的迅猛发展,我国 的多层建筑也发展迅速,设计思想也在不 断更新。钢筋混凝土框架结构是目前应 用最广泛的结构形式之一。钢筋混凝土 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 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,其平面布置灵活,可适合 多种工艺与使用功能的要求。但是,在框 架结构设计中,仍然存在着一些概念性和 实际性的问题需要设计人员予以高度重 视,以确保结构设计质量18。 1 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。 1.1 结构的抗震等级 工程设计中,各类房屋建筑首先应 当确定建筑类别。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）文献 2规定:地震作用应符合本地区抗震设 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 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 68 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（抗 震设计规范）文献2确定其抗震等级为 一级。当 8 度地区的乙类建筑的高度超 过文献2规定的范围时 ,还应采取比一 级抗震等级更有效的抗震措施。 1.2 设计基本地震加速度 （抗震设规范）文献2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。 1.3 地震力振型组合数 对于较高层建筑,当不考虑扭转耦 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 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。 （抗震 设计）文献2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。 1.4 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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 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 0.60.7;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。 1.5 梁刚度放大系数 结构设计计算软件的梁输入模型 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。 2 框架结构构造配筋 2.1 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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 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。 2.2 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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 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入柱内,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 要完全伸入梁内是办不到的,对这种差错 应引起设计人员的重视。 2.3 框架梁、柱箍筋配置 文献2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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 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。 3 多层框架结构设计要求 3.1 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。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 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,加强柱的配筋构造。梁端纵向受 拉钢筋的配筋不得过高,以免在罕遇地震 中进入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。 3.2 强剪弱弯剪力墙设计 为了提高抗震墙的变形能力,避免 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 发生剪切破坏,对于一道截面较长的抗震 墙,应该利用洞口设置弱连梁,使墙体分 为小开口墙、多肢墙或单肢墙,并使每个 墙段的高宽比不小于 2。所谓弱连梁,是 指在地震作用下各层连梁的总约束弯矩 不大于该墙段总地震弯矩的 20%;连梁 不能太强,以免水平地震作用下某个墙肢 出现全截面受拉,这是比较危险的。但是,考 虑到耗能,连梁又不能太弱,连梁弱到成 为一般小梁时,墙肢就变成单肢墙,而单 肢墙的延性很差,仅为多肢墙的一半,且 单肢墙仅具有一道抗震防线,超静定次数 少,在地震作用下是很不利的。目前,有 许多设计人员将结构中门洞连梁、窗洞 连梁都改为截面高度极小的二力杆件,这 对结构抗震是很不好的。在实际设计中, 对连梁的刚度都要进行折减,这是因为剪 力墙的刚度一般都很大,在水平力作用下,剪 力墙中的连梁会因为很大的内力而超过 截面允许值,可靠的办法是让这些连梁先 屈服,要使连梁能形成塑性铰而不发生脆 性破坏,连梁首先就必须满足强剪弱弯的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 要求,对连梁的刚度进行折减实际上就是 降低其抗弯能力。 强剪弱弯是保证构件延性,防止脆 性破坏的重要原则,它要求人为加大各承 重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力, 使这些部位在结构经历罕遇地震的过程 中以足够的保证率不出现脆性剪切失效。 对于多层钢筋混凝土框架结构中的多层 钢筋混凝土框架结构梁应注意抗剪验算 和构造,使其满足相