论建筑框架结构设计的应用

论建筑框架结构设计的应用

杨金友

杨金友

身份证号码：332603196605023414

摘要：随着我国建筑业的不断发展，目前多层和高层建筑逐渐增多，而建筑的框架结构种类选择也越来越多。目前有多种框架结构，每一种框架结构都有其自身的优缺点，在实际建设过程中，工程设计师可根据建筑的自身实际情况进行合理的选择。

关键词：框架结构；钢筋混凝土；发展趋势

一、框架结构的适用范围

按《高层建筑结构设计建议》高抗震烈度地区不宜使用，当设防烈度为9度时，现浇结构为25米，装配结构不用；当设防烈度为8度时，现浇结构为45米，装配结构为25米；当设防烈度为7度时，现浇结构为55米，装配结构为35米；当设防烈度为6度时，现浇结构为60米，装配结构为50米。非震区，现浇结构为60米，装配结构为50米。此外还多用于住宅楼，办公楼，教学楼，综合楼。当层数小于20层时，宜采用钢筋混凝土结构；当层数小于30时，宜采用钢结构。

二、框架结构的构造措施

工程实践中最常见的框架梁柱施工做法有两种一种是将每层柱包括柱身加密区和节点区的箍筋一次全部按要求绑扎好然后装柱模板、在梁底下51Ocm处留施工缝浇灌注混凝土。柱侧模拆除后接着装柱头节点模板和梁底模然后绑扎框架梁钢筋。下面具体来说明一下梁、柱的注意问题。

1、梁

梁的钢筋配置应尤其注意粱端纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于2.5%。且计入受压钢筋的梁端混凝土受压区高度和有效高度之比，一级不应大于0.25.二、三级不应大于0.35.。此外，梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值，除按计算确定外，一级不应小于0.5，二、三级不应小于0.3.。梁的纵向钢筋配置应满足下列要求：沿梁全长顶面和底面的配筋，一、二级不应少于2φ14，且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的1/4，三、四级不应少于2φ12；一、二级框架梁内贯通中柱的每根纵向钢筋直径，对矩形截面柱，不宜大于柱在该方向截面尺寸的1/20；对圆形截面柱，不宜大于纵向钢筋所在位置柱截面弦长的1/20.。

2、柱

柱的钢筋配置应尤其注意柱纵向钢筋的最小总配筋率应严格按实际情况执行采用，同时每一侧配筋率不应小于0.2%；对建造于Ⅳ类场地且较高的高层建筑，表中的数值应增加0.1.二级框架柱的箍筋直径不小于10mm且箍筋肢距不大于200mm时，除柱根外最大间距应允许采用150mm；三级框架柱的截面尺寸不大于400mm时，箍筋最小直径应允许采用6mm；四级框架柱剪跨比不大于2时，箍筋直径不应小于8mm.柱的纵向钢筋配置应满足下列要求：截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋间距不宜大于200mm.；柱总配筋率不应大于5%；边柱、角柱及抗震墙端柱在地震作用组合产生小偏心受拉时，柱内纵筋总截面面积应比计算值增加25%；柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区。

三、高层建筑结构设计的几个关键因素

1、水平荷载成为决定因素

一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

2、轴向变形不容忽视

高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

3、侧移成为控制指标

随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

4、结构延性是重要设计指标

为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

四、系统设计中应该注意的两点

1、强柱弱梁节点

这是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距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。

2、框架柱梁配筋的调整

2.1框架柱的配筋

框架柱的配筋率一般都很低，有时电算结果为构造配筋，但是实际工程中均不会按此配筋，因为在地震作用下的框架柱，尤其是角柱，所受的扭转剪力最大，同时又受双向弯矩作用，而横梁的约束又较小，工作状态下又处于双向偏心受压状态，所以其震害重于内柱，对于质量分布不均匀的框架尤为明显，因此应选择最不利的方向进行框架计算，另外也可分别从纵、横两个方向计算后比较同一侧面的配筋，取其较大值，并采用对称配筋的原则，为了满足框架柱在多种内力组合作用下其强度要求，在配筋计算时应注意以下问题：

角柱、边柱及抗震墙端柱在地震作用组合下会产生偏心受拉时，其柱内纵筋总截面面积应比计算值增大25%；框架柱的配筋可放大1.2～1.6倍，其中角柱1.4倍，边柱1.3倍，中柱1.2倍；框架柱的箍筋形式应选用菱形或井字形，以增强箍筋对混凝土的约束；对于二、三级框架的底层柱底和底部加强部位纵筋宜采用焊接，且当柱纵向钢筋的总配筋率超过3%时，箍筋的直径不应小于8，并应焊接。

另外多层框架电算时常不考虑温度应力和基础的不均匀沉降，当多层框架水平尺寸和垂直尺寸较大以及地基软弱土层较厚或地基土质不均匀时，可以适当放大框架柱的配筋，且宜在纵、横两个方向设置基础梁，其配筋不宜按构造设置，应按框架梁进行设计，并按规范要求设置箍筋加密区。

2.2框架梁的配筋

对梁纵向钢筋的配筋率为0.5%～1.5%较为适宜，在配筋率一定时，用较细的钢筋可以增加混凝土的握裹面积，可减小梁的裂缝宽度，增大配筋率是减小梁裂缝的最直接方法，但是只提高混凝土的强度等级对梁裂缝的影响就较小。

在地震作用下，为满足强剪弱弯，就应做到梁端斜截面受剪承载力高于正截面受弯承载力，在具体设计时，可将梁端负弯矩筋乘以系数0.85～1.0，梁中正弯距乘以1.1～1.3，梁端箍筋的直径可增2mm。

参考文献：

[1]刘春生.《钢结构的耐火特性及钢结构防火涂料的应用》.广东建材.2006年7期

[2]高娟.《浅谈钢结构工程施工质量控制要点.》中小企业管理与科技.2008.12.