钢筋混凝土框架

潘涛

【摘 要】本文介绍了混凝土框架——斜撑结构抗震设计要点，结合某五层办公楼工程的实际特征，通过图文表并茂的形式進行了具体的计算与分析，较为完整地论述分享了其设计方法。

【关键词】钢筋混凝土；框架结构；斜撑结构；抗震设计

引言

传统的框架结构仅有一道抗震防线，根本不能够满足多道抗震防线概念设计的要求。钢框架结构增加了钢支撑，等同于多了一道抗震防线，其结构的抗震性能也得到大幅提升；混凝土框架中增加钢支撑的结构与混凝土框架结构的抗震性能相比之下，也十分有优势。然而其造价昂贵，要比框架结构高出很多，施工也比较复杂，对建筑工程的顺利进行也有一定的影响。房屋结构除了要考虑抗震性能强，安全可靠的特征之外，还要考虑到经济适用性。因此，本文提出了一种新的结构体系供同行施工参考。

1混凝土框架——斜撑结构抗震的设计要点分析

混凝土框架—斜撑结构是在混凝土框架的某榀某跨增加一些混凝土斜撑，斜撑与框架梁、柱构成支撑框架系统，再与无斜撑的延性框架系统组合成框架—支撑结构体系。这种新的抗侧力结构体系，具有多道抗震防线。斜撑采用人字形或V形上下连续布置，参照钢框架—偏心支撑结构中的偏心支撑。斜撑采用预制型钢混凝土构件，即在钢筋混凝土斜撑中心再加型钢。斜撑两端混凝土空出300mm左右，露出钢筋和型钢。安装预制斜撑可以在混凝土框架整体完工后进行，斜撑的型钢腹板与框架梁预埋节点板用螺栓拧紧后，再补斜撑两端混凝土。

2混凝土框架——斜撑结构试的实例设计分析

2.1项目背景分析

某工程为五层办公楼，采用混凝土框架—斜撑结构，斜撑框架结构剖面如图1。抗震设防烈度7度（0.10g），设计地震分组为第三组，场地类别Ⅲ类。基本风压为0.50kN/m2，基本雪压为0.35kN/m2。楼面设计活荷载2.0kN/m2，屋面设计活荷载0.50kN/m2。墙体采用加气混凝土砌块，容重≤7.0kN/m3。混凝土强度等级：1～3层C40，4、5层C35，预制斜撑C40。梁、柱、斜撑纵向受力钢筋采用HRB400钢筋，箍筋采用HPB300钢筋。框架柱截面（单位：mm）：1、2层为600×800，其余均为600×700，框架梁和基础联系梁截面350×750，楼层梁截面250×500，现浇楼板厚120，预制斜撑截面350×350。斜撑平面布置如图2（实线梁部分）。斜撑的布置还要满足建筑使用和美观的要求。例如本工程首层轴④～⑤，为大门的大厅，不能布置纵向斜撑。纵横向斜撑均采用V形，横向斜撑如图3。V形斜撑不影响靠墙开门，并且框架梁端出现塑性铰对结构抗震更有利。

（1）两种结构的最大柱轴压比都差不多，抗震烈度9度时都不超过限值。

（2）本结构比框架结构层间最大位移角小一倍以上。抗震烈度9度时框架结构双向弹性位移角超过限值1/550较多，而本结构仅X轴超过限值1/675一点。

（3）两种结构抗倾覆比值都差不多，抗震烈度9度时都在允许范围内。

（4）本结构比框架结构稳定刚重比大很多，主要是侧向刚度大一倍以上。即使框架结构的稳定刚重比小很多，也能通过整体稳定验算。

（5）斜撑的布置宜使结构两主轴方向的侧向刚度接近，而本例相差较大，宜增加纵向斜撑布置，使两主轴方向的侧向刚度接近，也使抗震烈度9度时纵向弹性层间最大位移角减小到限值范围内。

（6）构件截面不变的情况下，提高抗震烈度，两种结构配筋的变化如下：

抗震烈度8度：纯框架结构的梁柱配筋加大，但均无超筋；框架—斜撑结构的底层消能梁段箍筋超筋，其它梁、柱、斜撑配筋加大，但均无超筋。抗震烈度9度：纯框架结构的底部三层柱纵筋和箍筋都超筋，其它梁、柱配筋加大，但均无超筋；框架—斜撑结构的底部三层消能梁段箍筋超筋，底层斜撑纵筋超筋，其它梁、柱、斜撑配筋加大，但均无超筋。某构件配筋超筋，若不加大构件截面，则此构件配筋多少都会破坏。

（7）框架结构增加斜撑使混凝土框架梁形成消能梁段，确实能起到消耗地震能量的作用。当抗震烈度提高到8度时，本结构底层消能梁段首先出现箍筋超筋，即剪切破坏成为塑性铰，而其余梁段及其它梁、柱、斜撑仍然保持弹性。抗震烈度9度时，底部三层消能梁段剪切破坏成为塑性铰，消耗更多的地震能量，同时，底层斜撑纵筋超筋开始破坏，而所有柱适当配筋都完好无损，说明本结构地震作用传递途径是合理的。

（8）本结构比框架结构侧向刚度大一倍以上，层间最大位移角小一倍以上。抗震烈度提高到9度时，框架结构底部三层柱破坏，而本结构所有柱适当配筋都没有破坏。以上计算结果足以表明本结构的抗震性能比框架结构强很多。

（9）斜撑受力分析：地震作用下，同一根斜撑交替承受轴心拉力和轴心压力，斜撑是轴心拉压构件。根据表2纯钢筋混凝土杆件计算结果，换算成型钢混凝土斜撑，则纵向钢筋不伸入框架梁，不起抗拉作用，而斜撑抗拉全靠型钢，斜撑抗压由型钢、混凝土和纵向钢筋共同承担。本例预制型钢混凝土斜撑截面宜改为250×250，配筋4Φ16，8@100，中心另加一根工字钢20b（Q345）。抗拉承载力1226kN，抗压承载力1768kN。地震烈度9度时底层斜撑抗拉承载力不足而破坏，起到第一道抗震防线的作用。

（10）控制好混凝土质量

对配合比的控制不容忽视，再准确的配合比，现场不控制粗细骨料的含杂质量和称量，仍然会生产出不合格品。有的工地不做配合比设计，而套用别人的比例。对已浇成品不保护，养护不及时，尤其是夏天气温高的地区更需要保养，这是提高强度的重要环节。对混凝土框架柱的浇筑施工，必须遵守现行的施工规范，注意克服配料计量、拌和时间短，加水不控制，运距长摇晃离析现象，更要注意不允许二次加水重拌及振捣不密实、过振、漏浆、跑模、不清除残留木屑等现象。操作素质低下所产生的后果将削弱支撑件的竖向荷载，影响结构连接及降低抗震能力。只要有健全的施工操作标准，步步检验认证，按规范施工，框架工程质量就会得到保证。

3结论

综上所述，本结构具有以下优势：在混凝土框架中增加混凝土斜撑，相当于增加一个支撑框架系统，多了一道抗震防线，比纯框架结构抗震性能高很多，抗倒塌能力强很多，房屋适用最大高度提高了50%以上；结构布置同混凝土框架—剪力墙结构，都具有增加一个系统与延性框架系统协同抗震的特点。虽然用斜撑代替剪力墙后，抗震性能差一些，但工程量少很多，造价低得多，施工也方便得多；本结构实质上是混凝土框架—偏心斜撑结构，具有钢框架—偏心支撑结构的抗震特点，有良好的变形能力和消耗地震能量的能力，地震作用传递途径是合理的；具有足够的赘余度，即使地震作用破坏了所有的斜撑，还有完整的框架继续抗震。本结构体系符合抗震规范3.5.2条、3.5.3条对结构体系的各项要求，可以应用到实际工程中，通过工程实践可以不断改进，逐步完善，促进结构体系的发展和推广应用。

参考文献：

[1]钱稼茹，柯长华.国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）疑问解答（四）[J].建筑结构，2011，41（3）：123～126.

[2]林儆.提高房屋抗震性能的必要性及可能性[J].工程建设标准化，2011，（4）：11～15.64