某大跨度框架选型分析

王海强 郭水平

摘 要：为满足建筑对某些功能房间的空间要求，常会导致结构布置受限，本文通过某一工程实际算例，对比因建筑功能限制，常采用的几种大跨度框架型式。

关键词：大跨度;井字梁;密肋梁;型钢混凝土梁

1 工程概况

本工程为一所国际学校，主体为框架结构，无地下室，地上二层，通过抗震缝分为八部分。建筑抗震设防类别为重点设防类（乙类）。其一抗震缝范围为艺术与技术教学楼，为满足底层报告厅的空间要求，此部分两层均采用大跨度框架结构。本楼设计参数如下：

根据《建筑抗震设计规范》（2016版）（GB50011-2010），本工程场地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，地震分组为第三组，场地地震特征周期：0.45s。拟建场地土类型属中硬场地土，场地类别为II类建筑场地。因为是乙类建筑，按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施，故框架抗震等级为二级。本部分两方向最大跨度分别为34.8m、23.4m，因抗震设防烈度已增加一度，故大跨部分采用抗震构造措施增加一级取用。

2 选型分析

本文针对此结构选型做出计算分析。因当地施工条件限制，本结构不选用桁架及预应力结构，本文也不对此做比较分析。

2.1 井字梁方案：大跨部分混凝土柱子尺寸取1000mmx1200 mm，中部梁尺寸为450mmx1400 mm，外圈框架主梁为650mmX1500 mm，中部框架主梁需800mmx1500mm。经计算，梁最大配筋率为1.5%;柱子配筋率为3%～4.8%，且有部分柱子单侧配筋率大于1.8%，如需满足设计规范，柱子尺寸尚需加大（配合当地施工条件，混凝土柱强度等级最高暂取C40），影响建筑造型。

2.2 单向密肋梁方案：为满足计算要求，大跨部分混凝土柱子尺寸应为800mmx1000 mm，次梁尺寸为450mmx1400 mm，主梁650mmX1500 mm。此时，柱子配筋率在3%左右，梁最大配筋率为2%。

比较井字梁与密肋梁方案：1）.井字梁相对于密肋梁，井字梁由于双向共同承受荷载的作用，受力性能好，但梁截面尺寸较大，梁自重较大，井字梁因纵横梁明显增多，导致混凝土梁柱受力较大，梁柱截面尺寸较大。2）.梁配筋方面，井字梁中部框架主梁为计算配筋，其余为构造配筋相应加强;而密肋梁为计算配筋;但井字梁较密肋梁混凝土用量较多。综合比较，且考虑后期荷载变化对柱子配筋影响及柱子尺寸对建筑形体影响，应采用柱子尺寸配筋较小的密肋梁方案。

2.3 钢梁方案（钢梁与混凝土柱铰接）：为满足计算要求，试算几种钢梁搭接方案，最终采用如下图钢梁搭接方式。大跨部位柱子尺寸为600x800 mm，钢梁采用H型钢，主梁尺寸为H1300x500x30x5，次梁尺寸为H1000x300x16x22。

比较钢梁与密肋梁方案：较之密肋梁，钢梁能降低梁截面高度，使得建筑拥有较大净空;且因钢梁较轻，使得混凝土柱截面较小。但考虑建筑二层开洞较大，楼板开大洞削弱后，应采取加大开洞楼板四周结构刚度的措施，但钢梁为柔性结构，钢梁部分占整个子结构比例过大，虽然刚度比试算通过，亦舍弃此方案。笔者认为，在混凝土结构中，当钢梁占整个结构比例较小时，可以采用钢梁方案;当钢梁占整个结构比例较大，且钢梁周围有大开洞时，即使试算通过，也应避免钢梁方案。

2.4 型钢混凝土梁柱方案（刚接）：为解决钢梁的柔性给结构带来的不利影响，采用型钢混凝土方案进行计算分析。为满足计算要求，大跨部位型钢混凝土柱尺寸为600x800 mm，型钢混凝土梁主梁截面尺寸为400x1300mm（型钢梁布置与上图中密肋梁布置相似，只是每跨减少一道次梁）。

比較型钢混凝土与密肋梁方案：型钢混凝土方案能有效解决钢梁的柔性给结构带来的不利影响，相对于密肋梁方案，型钢混凝土方案能有效减小梁柱截面尺寸，但经济性较差，施工难度较高。本工程中，密肋梁方案梁柱已满足建筑要求，加之对当地施工技术考虑等综合考虑，最终放弃型钢梁。笔者认为，型钢混凝土方案适用于因荷载、跨度大、配筋率超限等因素，混凝土梁无法满足计算要求时使用，或用于因混凝土梁柱尺寸较大无法满足建筑条件要求时。

3 结语

结构设计应综合考虑对建筑功能的影响、安全适用性、经济合理性以及施工难易度等因素，综合考虑分析对比，选择合理的结构方案。

参考文献：

[1] GB 50223—2008，建筑工程抗震设防分类标准[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范（2016年版）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2016.

[3] GB 50017—2017，钢结构设计标准[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2017.

[4] 混凝土结构构造手册（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2012.