关于框架结构设计中问题探析

　　　　摘要:随着经济的高速发展,我国高层建筑发展迅速,设计思想在不断更新,建筑平面布置与竖向体形也越来越复杂,这就给高层框架结构设计提出更高的要求。

　　关键词:框架结构 结构设计

　　1 建筑框架结构的基础部分设计

　　1.1 对于柱下扩展基础宽度较宽(大于4米)或地基不均匀及地基较软时宜采用柱下条基。并应考虑节点处基础底面积双向重复使用的不利因素,适当加宽基础。

　　1.2 建筑地段较好,基础埋深大于3米时,应建议甲方做地下室。当地基承载力满足设计要求时,地下室底板可不再外伸以利于防水。每隔30～40米设一后浇带,并注明两个月后用微膨胀混凝土浇注。设置地下室可降低地基的附加应力,提高地基的承载力(尤其是在周围有建筑时有用),减少地震作用对上部结构的影响。不应设局部地下室,且地下室应有相同的埋深。

　　1.3 地下室外墙为混凝土时,相应的楼层处梁和基础梁可取消。

　　1.4 抗震缝、伸缩缝在地面以下可不设,连接处应加强。但沉降缝两侧墙体基础一定要分开。

　　1.5 新建建筑物基础不宜深于周围已有基础。如深于原有基础,其基础间的净距应不少于基础高差的2倍,否则应打抗滑移桩,防止原有建筑的破坏。建筑层数相差较大时,应在层数较低的基础方格中心的区域内垫焦碴来调整基底附加应力。

　　1.6 独立基础偏心不能过大,必要时可与相近的基础做成柱下条基。柱下条形基础的底板偏心不能过大,必要时可作成三面支承一面自由板(类似筏基中间开洞)。两根柱的柱下条基的荷载重心和基础底版的形心宜重合,基础底板可做成梯形或台阶形,或调整挑梁两端的出挑长度。

　　1.7 独立基础的拉梁宜通长配筋,其下应垫焦碴。拉梁顶标高宜较高,否则底层墙体过高。

　　1.8 底层内隔墙一般不用做基础,可将地面的混凝土垫层局部加厚。

　　1.9 考虑到一般建筑沉降为锅底形,结构的整体弯曲和上部结构与基础的协同作用,顶、底板钢筋应拉通(多层的负筋可截断1/2或1/3),且纵向基础梁的底筋也应拉通。

　　1.10基础底板混凝土不宜大于C3O,一是没用,二是容易出现裂缝。

　　1.11基础底面积不应因地震附加力而过分加大,否则地震下安全了而常规情况下反而沉降差异较大,本末倒置。

　　2 建筑框架结构的柱部分设计

　　2.1 地上为圆柱时,地下部分应改为方柱,方便施工。圆柱纵筋根数最少为8根,箍筋用螺旋箍,并注明端部应有一圈半的水平段。方柱箍筋应使用井字箍,并按规范加密。角柱、楼梯间柱应增大纵筋并全柱高加密箍筋。幼儿园不宜用方柱。

　　2.2 原则上柱的纵筋宜大直径大间距,但间距不宜大于200。

　　2.3 柱内埋管,由于梁的纵筋锚入柱内,一般情况下仅在柱的四角才有条件埋设较粗的管。管截面面积占柱截面4%以下时,可不必验算。柱内不得穿暖气管。

　　2.4 柱断面不宜小于450×450,混凝土不宜小于C25,否则梁纵筋锚入柱内的水平段不容易满足0.45La的要求,不满足时应加横筋;否则在梁柱节点处钢筋太密,混凝土浇筑困难。异型柱结构,梁纵筋一排根数不宜过多,柱端部纵筋不宜过密,否则节点混凝土浇筑困难。当有部分矩形柱部分异型柱时,应注意异型柱的刚度要和矩形柱相接近,不要相差太大。

　　2.5柱应尽量采用高强度混凝土来满足轴压比的限制,减小断面尺寸。

　　2.6尽量避免短柱,短柱箍筋应全高加密,短柱纵筋不宜过大。

　　2.7考虑到竖向地震作用,柱子的轴压比及配筋宜留有余地。

　　2.8独立柱上或柱的中部(半层处)有挑梁时,挑梁长度应有限制。

　　3 建筑框架结构的梁部分设计

　　3.1 梁上有次梁处(包括挑梁端部)应附加箍筋和吊筋,宜优先采用附加箍筋。附加筋一般要有,但不应绝对。规范说的清楚,位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载,应全部由附加横向钢筋承担。也就是说,位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的垫梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力应加附加筋。但梁截面高度范围内的集中荷载可根据具体情况而定。当主次梁截面相差不大,次梁荷载较大时,应加附加筋。当主梁高度很高,次梁截面很小、荷载很小时,如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。还有当主次梁截面均很大,如工艺要求形成的主次深梁,而荷载相对不大,主梁也可不加附加筋。

　　3.2 当外部梁跨度相差不大时,梁高宜等高,尤其是外部的框架梁。当梁底距外窗顶尺寸较小时,宜加大梁高做至窗顶。外部框架梁尽量做成外皮与柱外皮平齐。梁也可偏出柱边一较小尺寸。梁与柱的偏心可大于1/4柱宽,并宜小于1/3柱宽。

　　3.3 梁上有次梁时,应避免次梁搭接在主梁的支座附近,否则应考虑由次梁引起的主梁抗扭,或增加构造抗扭纵筋和箍筋。当采用现浇板时,抗扭问题并不严重。

　　3.4 原则上梁纵筋宜小直径小间距,有利于抗裂,但应注意钢筋间距要满足要求,并与梁的断面相应。箍筋按规定在梁端头加密。布筋时应将纵筋等距,箍筋肢距可不等。小断面的连续梁或框架梁,上、下纵筋均应采用同直径的,尽量不在支座搭接。

　　3.5 端部与框架梁相交或弹性支承在墙体上的次梁,梁端支座可按简支考虑,但梁端箍筋应加密。

　　3.6上反梁的板吊在梁底下,板荷载宜由箍筋承受,或适当增大箍筋。梁支承偏心布置的墙时宜做下挑沿。

　　3.7挑梁宜作成等截面(大挑梁外露者除外)。与挑板不同,挑梁的自重占总荷载的比例很小,作成变截面不能有效减轻自重。变截面挑梁的箍筋,每个都不一样,难以施工。变截面梁的挠度也大于等截面梁。挑梁端部有次梁时,注意要附加箍筋或吊筋。一般挑梁根部不必附加斜筋,除非受剪承载力不足。对于大挑梁,梁的下部宜配置受压钢筋以减小挠度。挑梁配筋应留有余地。

　　3.8梁上开洞时,不但要计算洞口加筋,更应验算梁洞口下偏拉部分的裂缝宽度。梁从构造上能保证不发生冲切破坏和斜截面受弯破坏。

　　3.9挑梁出挑长度小于梁高时,应按牛腿计算或按深梁构造配筋。

　　3.10扁梁宽度不必过大,只要钢筋能正常摆下及受剪满足即可。因为在挠度计算时,梁宽对刚度影响不大,加宽一倍,挠度减小20%左右。相对来讲,增大钢筋更经济,钢筋加大一倍,挠度减小60%左右,同时梁的上筋应大部分通长布置,以减小混凝土徐变对挠度的增大,如果上筋不小于下筋,挠度减小20%。

　　3.11当一宽框架梁托两排间距较小的柱时,可加一刚性挑梁,两个柱支承在刚性挑梁的端头。

　　3.12梁宽大于350时,应采用四肢箍。

　　4 建筑框架结构的现浇板部分设计

　　4.1 板的钢筋宜采用大直径大间距,但间距不大于200,间距尽量用200。(一般跨度小于6.6米的板的裂缝均可满足要求)。板上下钢筋间距宜相等,直径可不同,但钢筋直径类型也不宜过多。

　　4.2 相连几个房间的同型号同间距板底钢筋宜连通。

　　4.3 配筋计算时,可考虑塑性内力重分布,将板上筋乘以0.8～0.9的折减系数,将板下筋乘以1.1～1.2的放大系数。

　　4.4 支承在外圈框架梁上的板负筋不宜过大,否则将对梁产生过大的附加扭距。一般:板厚>150时采用φ10@200;否则用φ8@200。

　　4.5 当厚板与薄板相接时,薄板支座按固定端考虑是适当的,但厚板就不合适,宜减小厚板支座配筋,增大跨中配筋。

　　4.6 非矩形板宜减小支座配筋,增大跨中配筋。

　　4.7 室内轻隔墙下一般不应加粗钢筋,一是轻隔墙有可能移位,二是板整体受力,应整体提高板的配筋。只有垂直单向板长边的不可能移位的隔墙,如厕所与其他房间的隔墙下才可以加粗钢筋。

　　5 建筑框架结构设计中应注意的问题

　　5.1 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。

　　5.2 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。

　　5.3 填充墙拉筋和预埋件等不应与框架梁、柱的纵向钢筋焊接,宜采用在柱内预留预埋件,待砌筑填充墙时再将拉结筋与之焊接的施工方法。

　　6 结语

　　采用框架结构形式,可形成内部大空问,能进行灵活的建筑平面布置,因此,框架结构体系在结构设计中应用甚广,对于框架结构的内力目前多采用计算机辅助软件来进行分析和计算,但是目前有的工程设计人员过分地依赖计算机的计算结果,而缺少独立分析问题、解决问题的能力,致使在一些图纸中出现不必要的问题,为以后事故的发生埋下隐患。每个设计者的经验不同,对规范的理解不同,所以在处理某个设计问题时,也就会采取不同的处理方法。对于钢筋混凝土框架结构设计中,基础、梁、柱、板四部分应注意的问题,本人分别提出了几点看法，仅供参考。