建材与装饰２０１０年Ｏ５月 园林、建筑、规划与结构设计 浅析混凝土框架结构设计 孙宏 摘要：建筑结构设计是一项系统的工作，不仅需要涉及人员有扎实的理论知识功底，更需要灵活创新的思维和严肃认真负责的工 作态度。结构设计中钢筋混凝土框架结构虽然相对简单，但仍然有很多需要注意的问题。本文针对现实中大量多层钢筋混凝土框架结构 形式的建筑，对设计中参数的选取、基础拉梁设计及框架柱设计等方面的问题进行了分析总结。 关键词：混凝土；框架结构：设计 钢筋混凝土框架结构是一种抗震、抗风较好、刚度小的结构 体系，由梁、板和柱组成，平面布置可以满足大部分建筑物结构 设置的要求，广泛应用于工业和民用建筑中。在合理的高度和层 数的情况下，框架结构能够提供较大的建筑空间．其平面布置灵 活，可适合多种工艺与使用功能的要求。笔者在多层钢筋混凝土 框架结构的设计过程中。通过切身体会。总结归纳了一些必须注 重的问题。 １结构设计内容简介 １．１荷载的计算 荷载包括外部荷载和内部荷载上述荷载的计算要根据荷载 规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来 进行不同工况下的组合计算。 １．２构件的试算 根据计算出的荷载值，构造措施要求，使用要求及各种计算 手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。 １．３内力的计算 根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算，包括弯 矩，剪力，扭矩，轴心压力及拉力等。 １．４构件的计算 根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和来复核 结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要 调整构件的截面或布置直到满足要求为止。施工图设计阶段的 内容为：根据上述计算结果，来最终确定构件布置和构件配筋以 及根据规范的要求来确定结构构件的构造措施。 ２振型组合数的合理选取 对于较高层建筑，当不考虑扭转耦联时，振型数应不小于３： 当振型数多于３时。宜取为３的倍数，但不能多于层数 当房屋层 数不大于２时，振型数可取层数。对于不规则建筑，当考虑扭转耦 联时，振型数应不小于９，但不能超过结构层的３倍，只有定义弹 性楼板且按总刚分析法分析时，才可以取更多的振型。建筑抗震 设计规范在条文说明中明确指出：振型数可以取振型参与质量 达到总质量９０％所需的振型数。目前Ｓａｔｗｅ等程序已有这种功 能，这是一个重要指标。如：对于某一建筑，选取的振型数为１５．但 振型参与质量系数只有５０％。说明振型数取得不够。可能是由于 此建筑过于复杂或由于某些杆件不连续导致局部振动引起的． 应仔细复核。 ３多层框架基础设计的注意点 ３．１要正确地阅读和使用地质报告 熟悉勘察报告的主要内容，了解勘察结论和计算指标的可 靠程度，进而判断报告中的建议对该项工程的适用性。这里要把 场地的工程地质条件与拟建建筑物的具体情况和要求联系起来 进行综合分析。 ３．２在满足承载力和变形的基本要求下。尽量采用比较 经济的天然地基上的浅基础 地基持力层的选择应从地基基础和上部结构的整体性出 发，综合考虑场地土层的分布情况及稳定性，土层的物理力学性 质，建筑物的体形、结构类型和荷载性质与大小。还要考虑地下水 的影响。 ３．３多层房屋一般采用条形基础或基础 一般先由地基承载力和变形确定基础底面尺寸．然后再进 行基础截面设计验算。基础高度由混凝土抗冲切和剪切条件确 定，基础配筋则由基础验算截面的抗弯能力确定。除满足计算要 求以外，还要满足一些规范规定的构造要求。要注意的是．在确定 基础底面尺寸或计算基础沉降时，应考虑设计地面以下基础及 其上覆土重力的作用；而在进行基础截面设计中．应采用不计上 覆土重力作用时的地基净反力进行计算。 ３．４在地基处理时。要针对地质报告条件和水文地质条 件选用合适的地基处理方法 要特别注意所选的方法必须符合土力的基本原理和重视当 地的实际工程经验。要有长期荷载重心和基础形心尽量相重合 的概念。要有基础整体性的概念。通过增设基础连系梁和基础圈 梁等措施来保证。 ４框架柱设计的几个问题 ４．１电梯井的问题 由于在地震作用下高层框架结构的位移较难控制．而多层 框架结构的位移控制要比其容易许多．故对于多层的钢筋混凝 土框架结构电梯井．完全可以采用框架加填充墙形式．只是这时 应加密填充墙构造柱，且应注意加强电梯井周围的框架梁柱的 ・１２５・ 园林、建筑、规划与结构设计 配筋，因其刚度影响在计算中无法反映出来。若要将电梯井做成 建材与装饰２０１０年ｏ５月 倒塌。所以在设计中应采取如下措施： 钢筋混凝土形式，由于井筒会吸收较大地震力，相应减少框架部 分吸收的地震力，则框架部分偏于不安全。且井筒基础设计也较 为困难，故应对整个结构按有无钢筋混凝土井筒分别计算。取最 不利结果配筋．且对井筒墙壁采取做薄墙厚、构造配筋、开竖缝、 开计算洞等办法来弱化电梯井刚度。这样的墙体布置．在地震作 ①尽量减弱短柱的楼层约束，如降低相连梁的高度、梁与柱 采用铰接等： ②增加箍筋的配置、在短柱范围内箍筋的间距不应大于 １００ｍｍ，柱的纵向钢筋间距≤１５０ｍｍ： ③采用良好的箍筋类型，如螺旋箍筋、复合螺旋箍筋、双螺 旋箍筋等。 （３）由于建筑的需要。有时需要框架梁外挑，且梁下设置钢筋 混凝土柱。在柱的内力和配筋计算中．有些设计人员对其受力概 念不清，误认为此柱为构造柱，并且其配筋为构造配筋。悬臂梁也 未按计算配筋．这样有可能导致水平荷载作用下承载力不足。为 事故的发生埋下隐患。实际上。在结构的整体计算中．此柱为偏心 用下不至于由于电梯井筒的破坏．而导致结构整体丧失稳定性。 ４．２框架柱配筋的调整 框架柱的配筋率一般都很低．有时电算结果为构造配筋．但 是实际工程中均不会按此配筋。因为在地震作用下的框架柱．特 别是角柱．所受的扭转剪力最大．同时又受双向弯矩作用 而横梁 的约束又较小。工作状态下处于双向偏心受压状态。所以其震害 严重于内柱。对于质量分布不均匀的框架结构尤为明显。为了满 足框架柱在多种内力组合下的强度要求。在配筋计算时应注意： 受压构件．柱与梁端交接处类似于框架梁、柱节点。应考虑悬臂梁 梁端的协调变形。所以对于此柱应作为竖向构件参与结构的整 体分析。并且柱与梁端交接处应按框架梁、柱的节点处理。 选择最不利的方向分别进行框架计算。也可对两个方向均进行 计算后取较大方向的配筋．并采用对称配筋；控制柱的单边方向 纵筋的最少根数；将构造配筋的框架柱的配筋适当放大。根据设 计经验，一般控制在１．２～１．６倍，其中角柱１．４倍，边柱１．３倍，中柱 １．２倍；框架柱的箍筋形式应选用菱形或井字形，以提高箍筋对 混凝土的约束；对于二、三级的框架底层柱纵筋宜采用焊接。而 且当柱纵筋的总配筋率大于３％时，箍筋的直径不应小于８ｍｍ。 并应焊接；多层框架电算时。常不考虑温度应力和基础的不均匀 （４）对于框架梁下部的填充墙构造措施．当填充墙长度大于 ５ｍ时，墙顶与梁宜采用拉接措施；当墙高度超过４ｍ时，宜在墙高 中部设置与柱连接的通长钢筋混凝土水平墙梁。 （５）在设计框架结构和裙房时．高低跨之间不要采用主楼设 牛腿、低层屋面或楼梯梁搁在牛腿上的做法。也不要用牛腿托梁 的方式作为防震缝。因为在地震时各单元之间．尤其是高低层之 间的震动情况不同，连接处很容易压碎、拉断。因此，凡要设缝，就 要分得彻底，凡不设缝，就要连接牢固，绝不能似分非分，似连非 连．否则很容易在地震中破坏。 沉降。当多层框架的水平尺寸较大及地基软弱土层较厚或地基 土质不均匀时．可以再适当放大柱的配筋。且宜在纵、横两个方向 设置基础梁，其配筋不宜按构造设置，应按框架梁进行设计，并应 设置箍筋加密区。 （６）在设计中不得随意加大主筋的面积。或为了简化构造而 统一截面设计．以避免造成结构的某些部位相对薄弱。 ４．３框架柱的计算长度 为了增加房屋底部的整体性，减少位移．有时在±０．０００ｍｍ附 近设置基础连系梁。此时底层柱Ｈ不应按ＧＢ５００１０２—２００２《混 凝土结构设计规范》规定取用．因为基础连系梁被分成了两部 分。如果Ｈ值取基础连系梁顶面到一层楼盖项面的高度。显然不 合适。因为基础连系梁的设计有时仅为构造设计．无法平衡底部 柱脚的弯矩－也无法为上部结构的嵌固部分。理想的做法是：将基 础连系梁以下的部分看作底层．柱的Ｈ值取基础顶面到连系梁 项面的高度。而把实际建筑的底层作为第二层考虑．层高Ｈ取连 系梁顶面到一层楼面的高度。此时。底层柱的配筋应取基础连系 梁项面和基础项面中较大的内力进行设计．并且连系梁应按框 架梁进行设计。 ６结语 钢筋混凝土框架结构在设计中仍有很多需要注意的问题， 在设计过程中对梁、柱、板以及结构体系中的一些注意点应该有 清晰的认识，使设计的工程既经济又合理。设计人员要从～个个 基本的构件算起，深刻理解规范和规程的含义，并密切配合其它 专业来进行设计。在熟练掌握规范的基础之上，再结合现场施工 技术指标，去挖掘更多的技术问题，并反思和总结经验与教训， 才能使我国建筑结构设计更上一层楼。 （作者单位：南京汽轮电力工程设计院有限公司） ５框架结构设计中应注意的其它问题 （１）在框架结构中不允许采用两种不同的结构型式。楼、电 梯间、局部突出屋顶的房间。均不得采用砖墙承重。因为框架结 构是一种柔性结构体系．而砖混结构是一种刚性结构。为了使结 构的变形相互协调，不应采用不同结构混合受力。 （２）加强短柱的构造措施：在工程施工过程中顶棚可能要吊 顶或其它装修．甲方为了节约开支。往往要求柱间填充墙不到顶 或者是在墙上任意开门窗洞口．这样往往会造成短柱。由于短柱 刚度大，吸收地震作用使其受剪，当混凝土抗剪强度不足时，则产 生交叉裂缝及脆性错断。从而引起建筑物或构筑物的破坏甚至 ・１２６・
