钢筋混凝土框架结构研究

2011-08-15张学峰

山西建筑 2011年22期

关键词：控制结构筋率梁端

张学峰李鑫

0 引言

对于框架结构的内力，目前多采用计算机辅助软件来进行分析和计算，但是目前有的工程设计人员过分地依赖计算机的计算结果，而缺少独立分析问题、解决问题的能力，致使在一些图纸中出现不必要的问题，为以后事故的发生埋下隐患。

计算模型的建立、必要的简化计算与处理，应符合结构的实际工作状况。计算软件的技术条件应符合本规范及有关标准的规定。

本文就多层框架电算结果中梁、柱的配筋调整和设计中的要点进行了分析，希望引起工程设计及施工技术人员的注意。

1 框架结构特点

1.1 框架结构的主要优点

空间分隔灵活，自重轻，有利于抗震，节省材料;具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构;框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构。

1.2 框架结构体系的缺点

框架节点应力集中显著;框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破性;钢材和水泥用量较大，工序多，浪费人力，施工受季节、环境影响较大;其总体水平位移上大下小，设计时如何提高框架的抗侧刚度及控制好结构侧移为重要因素。故一般适用于建造不超过15层的房屋。

2 框架结构构造措施

2.1 框架梁截面宜符合的要求

1)截面宽度不宜小于200 mm;2)截面高宽比不宜大于4;3)净跨与截面高度之比不小于4。

2.2 梁的钢筋配置

1)梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于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。

2)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。

3)梁端箍筋加密区的长度、箍筋最大间距和最小直径应按抗震规范表12-29采用，当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时，表中箍筋最小直径数值应增大2 mm。

2.3 梁的纵向钢筋配置

1)沿梁全长顶面和底面的配筋，一、二级不应少于2φ4，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。

2)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。

2.4 梁端加密区的箍筋肢距

一级不宜大于200 mm和20倍箍筋直径的较大值，二、三级不宜大于250 mm和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300 mm。

2.5 框架柱截面及配筋

1)截面的宽度和高度均不宜小于300 mm;圆柱直径不宜小于350 mm。2)柱纵向钢筋的最小总配筋率应按抗规表12-31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中的数值应增加0.1。3)二级框架柱的箍筋直径不小于10 mm且箍筋肢距不大于200 mm时，除柱根外最大间距应允许采用150 mm;三级框架柱的截面尺寸不大于400 mm时，箍筋最小直径应允许采用6 mm;四级框架柱剪跨比不大于2时，箍筋直径不应小于8 mm。4)框支柱和剪跨比不大于2的柱，箍筋间距不应大于100 mm。

2.6 柱的纵向钢筋配置

1)宜对称配置。2)截面尺寸大于400 mm的柱，纵向钢筋间距不宜大于200 mm。柱总配筋率不应大于5%。3)一级且剪跨比不大于2的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%。4)边柱、角柱及抗震墙端柱在地震作用组合下产生小偏心受拉。

2.7 柱的箍筋加密范围

1)柱端，取截面高度(圆柱直径)，柱净高的1/6和500 mm三者的最大值。2)底层柱，柱根不小于柱净高的1/3;当有刚性地面时，除柱端外尚应取刚性地面上下各500 mm。3)剪跨比不大于2的柱和因设置填充墙等形成的柱净高与柱截面高度之比不大于4的柱，取全高。4)框支柱，取全高。5)一级及二级框架的角柱，取全高。

2.8 柱箍筋加密区的箍筋肢距

一级不宜大于200 mm，二、三级不宜大于250 mm和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300 mm。至少每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋或拉筋约束;采用拉筋复合箍时，拉筋宜紧靠纵向钢筋并钩住箍筋。

3 框架结构的设计要点及原则

3.1 柱网布置及截面估算

3.1.1 布置要求

1)满足建筑使用要求。2)结构受力明确。3)布置要尽可能对称。4)非承重隔墙采用软质材料，减轻自重。5)构件类型，尺寸的规格尽量均称。

3.1.2 结构的合理布置

1)确定横向框架承重、或纵向框架承重、或纵横向框架承重。2)合理布置柱网，估算荷载以确定框架柱截面，和确定框架梁截面。3)估算基础埋深，以确定一层结构计算层高。

3.2 结构计算参数的选取

3.2.1 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。折减系数可根据填充墙的材料及数量选取0.7～0.9。

3.2.2 梁刚度放大系数

SATWE或TAT等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形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。

3.3 设计原则

3.3.1 满足“六种比值”

1)轴压比:主要为控制结构的延性，规范对墙肢和柱均有相应限值要求。2)剪重比:主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性。3)刚度比:主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层。4)位移比:主要为控制结构平面规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响。5)周期比:主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响。6)刚重比:主要为控制结构的稳定性，以免结构产生滑移和倾覆。

3.3.2 关于“强剪弱弯”措施

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。对于框架结构中的框架梁应注意抗剪验算和构造，使其满足相关规范要求。

3.3.3 关于强柱弱梁节点

为了实现在罕遇地震作用下，让梁端形成塑性铰，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。