钢筋混凝土排架结构设计探讨

李 晓 鑫

(山西省化工设计院，山西 太原 030024)

钢筋混凝土排架结构设计探讨

李 晓 鑫

(山西省化工设计院，山西 太原 030024)

分析了钢筋混凝土排架结构设计及理论方面的研究现状，结合相关规范的具体条文，阐述了钢筋混凝土排架结构设计中的不足，并总结了具体的解决方式，以满足钢筋混凝土排架结构设计的特殊要求。

排架结构，荷载，钢结构，设计

1 钢筋混凝土排架设计的研究现状

目前钢筋混凝土排架结构在设计分析方面仍面临很多挑战，为能解决这些可能遇到的问题，很多学者对钢筋混凝土排架结构设计上做了研究。在唐山大地震中，大多数以钢筋混凝土排架结构为主的工业厂房结构柱破坏，造成很大的损失和伤亡，此后,我国学者钢筋混凝土排架结构开始进行深入的分析与研究。研究的内容如下：

地震局工程力学研究所[1]对排架结构进行了有机玻璃模型的具体分析；李树祯等采用弹塑动力时程分析方法对横向单棍的排架结构进行分析,认为钢筋混凝土排架结构用普通的设计方法可满足抗震的基本要求,但从概率角度出发，其可靠度相对较低，地震作用下部分构件可能超过强度而严重破坏,“强柱弱梁”整体厂房还做不到；西安建筑科技大学共同对变柱变梁异型平面节点、钢筋混凝土框排架结构柱和带直交梁空间节点进行了大量的试验研究,研究结果表明：提出了长柱、短柱、普通混凝土柱以及异型节点承载力在高强混凝土上的计算公式,为改善节点区的配筋及高强混凝土在工程中应用提供了理论依据；目前弹性扭转效应的研究已趋于成熟,各国的规范对结构的弹性扭转效应都有各自的计算方法。对于结构进入塑性扭转,由于塑性扭转效应涉及到对整体结构的空间弹塑性分析的问题,其在这一领域问题较为明显，为钢筋混凝土排架等结构工程领域研究的热点问题。

从总体上讲,在钢筋混凝土排架结构设计及理论方面，通过理论研究分析取得了许多有益的结论。但目前排架结构的研究重点仍处于对平面和弹性阶段的研究和分析,目的是能将空间计算问题尽量简化为平面的简单问题计算。由于钢筋混凝土排架结构的自身复杂性、专业性和特殊性，当前仍然有很多问题有待解决，如：塑性扭转效应和非线性分析问题；当前抗震性能的试验在钢筋混凝土排架整体结构领域进行较少，在排架结构的设计中，抗震设防的理论有待进一步完善；在排架结构处于塑性区后,其抗震能力发生变化，这一现象在结构扭转效应表现突出；此外，对排架与框架相互结合剪力墙结构的研究涉及较少,对框排架的工作性能及受力特点有待进一步的更多的研究和分析；钢筋混凝土框排架结构中框架与排架的协同工作受力情况较为模糊。

2 我国目前规范对钢筋混凝土排架设计的不足

在钢筋混凝土排架结构的抗震设计方面，GB 50191—2012构筑抗震设计规范和GB 50011—2010建筑抗震设计规范指导规范不同地域、不同排架结构的抗震设计。本文结合《构筑抗震设计规范》的具体条文，阐述了目前规范中钢筋混凝土排架结构中设计的不足和缺陷。

目前钢筋混凝土排架结构中计算弹塑性位移的方法主要有规范简化法、弹塑性时程法、静力弹塑性法三种(见表1)。SATWE软件采用的是规范简化计算法，工程实践中其计算的弹塑性变形结果只能为工程设计提供参考。ANSYS，EPDA，SPA2000软件采用的是弹塑性时程法，由于其计算量大且复杂，不适合实际工程设计。《构筑抗震设计规范》中第6.2.27条表述为：采用静力弹塑性分析方法和弹塑性时程分析方法对排架进行分析，但具体的计算方法及经验公式等并未提及。但有限元计算工具可为此工程设计的计算方面提供便利，因此，对于较简单的排架可采用常用静力分析方法，如PKPM的EPDA模块及SAP2000等软件；对于较大、较复杂等重要的钢筋混凝土排架结构设计可采用弹塑性时程法，相关的软件为ANSYS。

表1 弹塑性分析方法及特点

有关排架结构上部屋架结构计算的规定有：1)《构筑抗震设计规范》6．2．19条规定，针对Ⅲ，Ⅳ类场地和8度、9度时，应该考虑屋架下弦的拉压效应对结构的影响并核算屋架承载力；2)《构筑抗震设计规范》6．2．22条规定，针对Ⅲ，Ⅳ类场地和8度、9度时，应验算变形产生的附加内力。上述两点叙述，规范使用“应”字，因此应考虑建立合适的屋架和支撑的杆系模型，否则无法得出上述内力值。在钢结构排架设计方面，钢排架结构施工进度快，造价低，但以后要经常维护保养。框架结构施工复杂，造价高，后期维护工作量低。在工程建设中，钢架也就是在排架柱方向通过设置联系梁或桁架的方式使排架柱方向形成可以抵抗纵向力下变形的钢框架(局部开间或连续开间)，具体做法可采用实腹联系梁或格构桁架——根据可设置高度选用，采用门式柱间支撑，可以留出工艺空间，还能对柱平面外予以加强。但我国处于高度使用水泥的情况，环境污染日益严重，从节能减排方面讲，钢排架结构应作为首选，但规范未给具体说明。

3 结语

我国的设计规范应参考美国、德国等发达国家，在参数获取、计算方法、经验公式应有一定的了解，并应用于我国目前排架结构建设中所面临的问题。特别是参数获取方面，我国的试验仪器虽然在测试方法、测试技术上位于世界领先水平，但试验设备制造水平，测试结果的精度有待进一步的提高。虽然钢筋混凝土结构有较好的经济优越性，但从长远的角度出发，采用钢结构的排架结构更适合我国的发展。《构筑抗震设计规范》中电厂排架结构的设计应采用侧向框排架结构，其相关的规范内容较为全面，可以作为抗震设计的依据；对单跨排架的使用范围，《构筑抗震设计规范》中有明确的详细规定，这使得钢筋混凝土排架结构在布置方案选择上相对灵活；排架计算的内容在《构筑抗震设计规范》中相对比较完整，有关弹性位移、塑性位移、局部内力的计算等方面已有一定的深度；有关支撑结构的构件计算长度取用的问题，《构筑抗震设计规范》中仍没有明确的计算方法，因此行业对此应进行进一步的深入研究。

[1] 李润泉.钢筋混凝土结构设计探讨[J].科技视界,2014(9):83.

[2] 刘昱彤.钢筋混凝土结构的检测与评定[J].山西建筑，2014，40(13)：59-60.

[3] 施 悦,张 燕.钢—混凝土混合排架结构厂房火灾后结构安全鉴定[J].江苏建筑,2014(4):33-35.

[4] 吴 渭.钢—混凝土混合排架结构设计研究及应用[J].工程与建设,2014(5):630-632.

Discussion on the frame structure design of reinforced concrete

Li Xiaoxin

(ShanxiChemicalDesignInstitute,Taiyuan030024,China)

This paper analyzed the research present situation in reinforced concrete frame structure design and theoretical aspects, combining with the specific provisions of relevant standards, elaborated the disadvantages of reinforced concrete frame structure design, and summarized the specific solutions, to meet the special requirements of frame structure design of reinforced concrete.

frame structure, load, steel structure, design

2015-01-20

李晓鑫(1981- )，男，工程师

1009-6825(2015)09-0041-02

TU318

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