房屋建筑混凝土框架结构设计浅述

孙丰光　薛虎　孙黎光

【摘 要】 随着经济的发展，我国的建筑行业也取得了突飞猛进的发展，而混凝土框架结构设计越来越受到重视。因此，本文结合工作经验，对混凝土的设计流程和需注意的问题进行了分析论述。

【关键词】 房屋建筑；混凝土；框架结构；设计分析

前言：

钢筋混凝土框架结构是由梁与刚性连接骨架构成，连接点框是刚节点，是一个几何不变体。钢筋混凝土框架结构是一种较好的结构体系，具有抗震，抗风，灵活布置等特点，并且使用空间，延性较好容易满足建筑物设置大空间的要求，还可以减少建筑物的重量，因此在房屋建筑中得到广泛应用。

1 房屋建筑混凝土框架结构设计流程

1.1选择截面尺寸

截面尺寸的选择是混凝土框架结构设计的前提基础。为实现在梁端形成塑性铰的情况下，柱端的非弹性状态不会屈服于罕遇地震作用，从而节点仍旧处于弹性工作的状态的目标，在进行梁、柱界面尺寸的选择时不仅要满足《混凝土结构设计规范》中规定的取值范围，而且要最大程度地保证柱与梁的线刚度比值大于1，也就是说要强柱、弱梁、强节点。

1.2掌握梁、柱的适宜配筋率

在设计框架梁的配筋时，应该充分把握“适中”的原则，选取百分之零点四到百分之一点五的配筋率，而框架柱的全部纵向受力钢筋则应当选取百分之一到百分之三之间。此时应当注意，如果梁端的纵向受拉钢筋的配筋率比百分之二大时，就应该增大箍筋的最小直径至少两毫米，当然，无论如何增大或者减小，都应该满足《混凝土结构设计规范》中所要求的最大或者最小配筋率。另外，根据《规范》可知，梁的最小配筋率不仅与框架的抗震等级有关，而且与混凝土的轴心抗拉强度和钢筋抗拉强度的比值有关，因此，梁的最小配筋的确定一定要依据《规范》的规定。

1.3调整框架柱配筋

根据电算结果，框架柱的配筋率普遍较低，有时会是构造配筋，然而在实际的工作中，不会采用此种配筋。这是因为，框架柱尤其是角柱在地震作用下所受的扭转剪力最大，还会同时受到双向弯矩作用，在比较小的横梁约束下，很容易使其处于双向偏向受压的工作状态，因而受到比内柱更为严重的地震危害，尤其是对质量分布不均的框架更是明顯。所以，在进行框架计算时，要选择最不利的方向进行，除此之外，还可以分别计算纵、横两个方向后，在对同一侧面的配筋进行比较，选择比较大的一方，遵循对称配筋的原则。为了保证在多种内力组合作用下框架柱的强度，需要在计算配筋时注意以下几个问题：

第一，在地震作用下，角柱、边柱以及抗震墙端柱可能会产生偏心受拉，此时应把计算出的柱内纵横截面的面积增大百分之二十五。第二，可以把框架柱的配筋放大1.2^-1.6倍，其中角柱可以放大1.4倍，边柱可以放大1.3倍，中柱则可以放大1.2倍。第三，为增强箍筋对混凝土的约束，在选用框架柱的箍筋形式时应尽可能使用菱形或者井字形。第四，应该采用焊接的方式对二、三级框架的底层柱底以及底端的部分进行加强，并且，如果柱纵向钢筋的总的配筋率大于百分之三，箍筋的直径就不应该小于8毫米，而且应该进行焊接。除此之外，在电算化多层框架时，往往不会考虑温度的应力以及基础的不均匀沉降，如果其水平和垂直尺寸都比较大或者地基软弱土层比较厚、土质不均，框架柱的配筋可以适当放大，且可以在纵、横方向分别设置基础梁，但是基础梁的配筋不能按照构造进行设置，而是在设计时依据框架梁的情况，同时对箍筋的加密区的设置也应该按照《规范》进行。

1.4调整梁裂缝宽度以及斜截面配筋

在己经对梁柱截面尺寸以及配筋率的规范性进行保证的前提下，仍然需要在计算配筋之后，验算梁的裂缝宽度；在实现梁端斜截面“强剪弱弯”的基础上调整梁端配筋。

1.4.1与裂缝宽度相关的因素以及调整办法

工程设计人员经常会忽视对框架梁的裂缝宽度的验算，我们应当对这种现象加以注意。影响框架梁的裂缝宽度的因素主要包含两个方面：分别是构件的混凝土强度等级、钢筋的级别与直径。而由于混凝土的等级与钢筋的级别关系十分密切，所以等级高的混凝土并不一定能减小一些普通混凝土构件的梁的裂缝宽度，对此，如果想减小梁的裂缝宽度，可以增大梁的配筋率或者界面尺寸。此外，在利用计算机辅助软件输入结构建模的荷载时，特别需要注意的是要分开输入恒、活载的数值，以便于对内力进行组合和对裂缝宽度进行计算，不能因为偷懒将两种类型的数值合并输入，否则容易造成梁、柱内力的计算错误，导致所绘制的施工图根本不能使用。

1.4.2调整梁端的斜截面配筋

在设计混凝土框架结构时，应保证框架梁的梁端斜截面在地震作用下其受弯承载力能够达到规范的要求，也就是“强剪弱弯”。具体地，在进行设计与调整时，可以采取以下三种方法：一是在不放大梁端负弯矩钢筋的条件下，把梁的跨中受力钢筋增大1.1—1.3倍：二是把梁端箍筋的直径增大2毫米；三是尽量不要在支座的部分设置弯起钢筋，而是应当有效地利用箍筋承受支座的剪力。

1.4.3合理、准确地利用电算运用弯矩的调幅

根据《混凝土结构设计规范》的规定，梁端弯矩只有在竖向作用力的条件下可以进行调幅，在水平作用力下不允许进行调幅，所以在计算时应该先将梁端弯矩在竖向荷载力的作用下进行调幅，之后再把在水平荷载力作用下产生的梁端弯矩进行叠加。此时有两种方法可以采用：一是在调幅梁端的固定弯矩之后，进行力矩分配：二是直接将通过力矩分配法计算出的梁端负弯矩与调幅系数相乘。

2 房屋建筑混凝土结构框架设计过程中应注意的事项

2.1不允许在混凝土框架结构方式不同

在混凝土框架结构中采用两种不同的结构形式，而由于作为一种刚性结构域的砖混结构，与柔性结构体系一一混凝土框架结构不同，因此，一些楼、电梯间等局部突出屋顶的房间，在承重时不能采用砖墙来进行。另外，为相互协调结构的变形，应该避免不同结构的混合受力。

2.2加强短柱构造的相关措施

在房屋建筑的施工過程中，可能会进行顶棚吊顶或者其他方面的装修，而施工单位可能会为了节约开支，使柱之间的填充墙不到顶或者任意地在墙上开门窗与洞口，形成短柱。而短柱由于刚度大，对地震的吸收作用使得钢柱受剪，而如果混凝土的抗剪强度不够，就很容易会导致交叉裂缝与脆性错断，进一步导致建筑物或者构筑物的破坏与倒塌，因此，最好在设计时采取以下几种措施：一是可以通过降低相连梁的高度或者梁、柱之问选择铰接等方式，以减弱短柱的楼层约束；二是在短柱范围内增加箍筋的配置，使其间距不超过100毫米，还应将柱的纵向钢筋间距控制在150毫米之内；三是选用螺旋箍筋、双螺旋或者复合螺旋等良好的箍筋类型。

2.3有时需要外挑框架梁，还应在梁下设置钢筋混凝土柱

另外，有些设计人员由于概念不清，在计算柱的内力和配筋时，把此柱误认为构造柱，把配筋认为成构造配筋，也并没有按照计算结果给悬臂梁配筋，这样很有可能会使其在水平荷载力的作用下的承载力不足，极有可能发生事故。而在实际的工程中，在整体计算结构时，此柱应该为偏心受压构件，而与框架梁、柱节点相似的梁与柱的交接部分，应该对悬臂梁梁端的协调变形进行充分的考虑。因此，在分析此柱时，应该把其作为参与竖向构件结构的整体来看，处理柱与梁端的交接部分时，按照梁、柱的节点来看。

2.4框架梁下部的填充墙的有关构造措施

如果填充墙的长度大于5米，应当在墙顶与梁之间采取拉接措施；如果填充墙的高度大于4米，就应当在填充墙的高中部设置通长的钢筋混凝土水平墙梁，并且要与柱进行连接。4.5对于混凝土框架结构以及裙房的设计，由于各单元尤其是高低层之间在地震时的震动情况不同，因此，不能在高低跨之间采取主楼设牛腿、并且把低层屋面或者楼梯梁设置在牛腿之上或者用牛腿托梁的做法来防震缝，以避免连接处被压碎、拉断。所以，只要是设置了缝隙，就应该保证分得彻底；只要不设缝，就要保证连接处的牢固性，应该杜绝似分非分、似连非连的现象，以免在地震中受到较大的破坏。

3 结束语

总而言之，房屋建筑中混凝土框架结构应该保证其良好的整体性与抗震性能、快速的施工速度、轻便的维护墙体以及灵活多样的布局方式，因此，在对其进行设计时应该严格遵照相关规范，在实际施工时，则要依据图纸与制度进行，以保证工程质量。

参考文献：

[1]混凝土结构设计规范GB50010-2010北京：中国建筑工业出版社，2010

[2]梁丽芳，都军花.浅谈建筑框架结构设计存在问题及时策[J].科技创新导报，2012（11）.