钢混结构设计需注意的几个问题

徐菲

（潍坊市城市建设开发有限公司 山东 潍坊 261041）

顾名思义，钢混结构是用钢筋和混凝土制成的一种结构。钢筋承受拉力，混凝土承受压力。具有坚固、耐久、防火性能好、比钢结构节省钢材和成本低等优点。随着我国钢材产量的不断提高，钢混结构在建筑行业得到了迅速发展，随着建筑造型及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，需要在遵循各种建筑结构规范的基础上，灵活地加以解决。

1 结构设计方面应注意的问题

1.1 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。

1.2 关于强柱弱梁节点。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。注意节点构造，让塑性铰向梁跨内移。

1.3 注意构造措施。（1）大跨度柱网的框架结构，在楼梯间处的框架柱由于楼梯平台梁与其相连，使得楼梯间处的柱可能成为短柱，应对柱箍筋全长加密。这点，在设计中容易被忽视，应引起重视。（2）框架结构外立面为带形窗时，因设置连续的窗过梁，使外框架柱可能成为短柱，应加强构造措施。（3）框架结构长度略超过规范限值，建筑功能需要不允许留缝时，为减少有害裂缝（规范规定裂缝宽度小于0.3mm），建议采用补偿混凝土浇筑。采用细而密的双向配筋，构造间距宜小于150mm，对屋面宜设置后浇带，人为使屋面断开不一起现浇，后浇带处按构造措施宜适当加强。

1.4 注意抗震设计。抗震设计的基点结构。抗震设计的基点是强度和延性。人们现在已经认识到可以利用钢混结构屈服后的非弹性变形来抵抗地震，也就是将强度和延性两者相结合来抵抗地震。为保证结构的抗震能力，对结构设计而言,如果我们给结构设定较低的承载力水准，相应地就要求结构具有较高的延性水准；如果我们给结构设定较高的承载力水准，则结构需要的延性水准就可以较低。

2 结构计算方面应注意的问题

2.1 计算简图的处理。结构计算中，计算简图选取的正确与否，直接影响到计算结果的准确性，其中比较典型的是基础梁的处理。一般情况下，基础梁设置在基础高度范围内，作为基础的一部分，此时结构的底层计算高度应取基础顶面至一层楼板顶面的高度。基础梁仅考虑承担上部墙体荷载，构造满足普通梁的要求即可。当按规范要求需设置基础拉梁时，其断面和配筋可按构造设计，截面高度取柱中心距的1/12～1/18，纵向受力钢筋取所连接的柱子的最大轴力设计值的10%作为拉力来计算。但是，当基础埋深过大时，为了减少底层的计算高度和底层的位移，设计者往往在±0.000以下的某个适当位置设置基础拉梁。此时，基础拉梁应作为一层输入，底层计算高度应取基础顶面至基础拉梁顶面的高度，二层计算高度应取基础拉梁顶面至一层楼板顶面的高度。拉梁层无楼板，应开洞处理，并采用总刚分析方法进行计算。基础拉梁截面及配筋按实际计算结果采用。若因此造成底层框架柱形成短柱，应采取构造措施予以加强。另一个需要注意的是，当框架结构的电梯井道采用钢混井壁时（设计时应尽量避免），计算简图一定要按实际情况输入，否则顶部框架柱设计可能会不安全。

2.2 结构计算参数的选取。（1）设计基本地震加速度值。《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中规定：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，这项对地震作用效应的影响极大。（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。（3）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 设计构造方面应注意的问题

3.1 框架节点核芯区箍筋配置应满足要求对于规范中规定的框架柱箍筋加密区的箍筋最小体积配箍率的要求，《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中规定的“一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10、0.08且体积配箍率分别不宜小于0.6%、0.5%，0.4%。”设计中经常被忽视，尤其是柱轴压比不大时，常常不满足要求。这一规定是保证节点核芯区延性的重要构造措施，应严格遵守。

3.2 底层框架柱箍筋加密区范围应满足要求《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中规定：“底层柱，柱根处箍筋加密区范围为不小于柱净高的1/3”，设计中应重点说明。

3.3 框架梁的纵向配筋率应注意。《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中规定：“当框架梁梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时，梁箍筋最小直径的数值应比表6.3.3中规定的数值增大2mm。”

3.4 框架梁上部纵筋端部水平锚固长度应满足要求。《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中规定：“框架端节点处，当框架梁上部纵筋水平直线段锚固长度不足时，应伸至柱外边并向下弯折，弯折前的水平投影长度不应小于0.4LaE。”当框架柱截面尺寸小于400×400mm时，应注意梁上部纵筋直径的选择，否则这一项要求不容易得到保证。

钢混框架结构设计虽然相对简单，但仍有很多问题需要注意，只有熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，才能设计出安全、经济适用的建筑工程。

［1］GB50011－2010建筑抗震设计规范[S].中国建筑工业出版社，2010，5.

［2］GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].中国计划出版社出版，2010，8.