工業(yè)冶金師職稱范文淺析鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)

　　摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)高層建筑發(fā)展迅速，設(shè)計(jì)思想在不斷更新，建筑平面布置與豎向體形也越來(lái)越復(fù)雜，這就給高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工提出更高的要求。因此，框架結(jié)構(gòu)體系在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用甚廣。現(xiàn)結(jié)合自己幾年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)小高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。

　　關(guān)鍵詞：小高層,框架結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)

　　一、小高層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

　　1、水平荷載逐漸成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素。在低層住宅中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);而在小高層住宅中，盡管豎向荷載仍對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生著重要影響，但水平荷載將成為控制因素。對(duì)某一特定建筑來(lái)說(shuō)，豎向荷載大體上是定值;而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨動(dòng)力特性的不同而有較大幅度的變化。

　　2、軸向變形不容忽視。對(duì)于采用框架體系或框架一剪力墻體系的小高層住宅，框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力，這就使得中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當(dāng)房屋很高時(shí)，此種差異軸向變形將會(huì)達(dá)到很大的數(shù)值，其后果相當(dāng)于連續(xù)梁中間支座產(chǎn)生沉陷，使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值增大。

　　3、側(cè)移成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)。與低層住宅不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移己成為小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。隨著房屋高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)側(cè)移一般與房屋高度H的四次方成正比。在設(shè)計(jì)小高層住宅時(shí)，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，而且還要有足夠的抗側(cè)移剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移控制在一定的范圍內(nèi)。這是因?yàn)?①過(guò)大的側(cè)移會(huì)使人不舒服，影響房屋的正常使用。②過(guò)大的側(cè)移會(huì)使隔墻、圍護(hù)墻以及它們的高級(jí)飾面材料出現(xiàn)裂縫或損壞，也會(huì)使電梯軌道變形而導(dǎo)致不能正常運(yùn)行。③過(guò)大的側(cè)移會(huì)因P一△效應(yīng)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，甚至因側(cè)移與附加內(nèi)力的惡性循環(huán)導(dǎo)致建筑物的倒塌。

　　4、結(jié)構(gòu)延性是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。相對(duì)于低層住宅而言，小高層住宅更柔一些，地震作用下的變形就更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧瑏?lái)保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

　　二、小高層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

　　1、優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。當(dāng)前，在無(wú)成熟的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析軟件的情況下，主要是應(yīng)用小高層住宅結(jié)構(gòu)分析軟件，采用人工分析進(jìn)行調(diào)整，運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的方法對(duì)不同的結(jié)構(gòu)選型和布置不斷的進(jìn)行方案分析比較，以獲得比較理想的結(jié)構(gòu)方案，這是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最常用的也是最簡(jiǎn)單的優(yōu)選或者說(shuō)是優(yōu)化方法。用概念設(shè)計(jì)的方法所得的方案是較合理、經(jīng)濟(jì)的，雖其費(fèi)工費(fèi)時(shí)、對(duì)設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)要求較高，但這種依靠設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工優(yōu)化的方法仍是當(dāng)前所普遍采用的主要方法。對(duì)于同一小高層住宅方案，可以有許多不同的結(jié)構(gòu)(包括基礎(chǔ))布置方案;確定了結(jié)構(gòu)布置的小高層住宅物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法;分析過(guò)程中設(shè)計(jì)參數(shù)、材料、荷載的取值也不是唯一的;小高層住宅物細(xì)部的處理更是不盡相同等等，這些問(wèn)題目前計(jì)算機(jī)是無(wú)法完全解決的，都需要設(shè)計(jì)人員自己做出判斷。而判斷只能在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律指導(dǎo)下，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，這便是前面所說(shuō)的概念設(shè)計(jì)。因此，概念設(shè)計(jì)存在于設(shè)計(jì)師對(duì)多種備選方案進(jìn)行選擇的過(guò)程中。

　　2、性能分析

　　(1)抗震性能分析。對(duì)結(jié)構(gòu)體系來(lái)說(shuō)足夠的承載能力和變形能力是兩個(gè)同時(shí)需要滿足的條件。結(jié)合概念設(shè)計(jì)的理念，對(duì)上述兩種結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行對(duì)比分析，電算程序可以采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的結(jié)構(gòu)空間有限元分析軟件SATWE。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的承載能力，還要求其有適當(dāng)?shù)膭偠取８邔咏Y(jié)構(gòu)的使用功能和安全與其側(cè)移的大小密切相關(guān)，過(guò)大的側(cè)向變形會(huì)使隔墻、維護(hù)墻及其飾面材料出現(xiàn)裂縫或損壞。結(jié)構(gòu)分別按考慮5%的偶然偏心和雙向地震力作用的不利情況計(jì)算出各結(jié)構(gòu)體系層間位移角，剪力墻結(jié)構(gòu)小于框剪結(jié)構(gòu)，但均小于規(guī)范要求，且富裕量較大，說(shuō)明兩種結(jié)構(gòu)體系滿足剛度要求。

　　但就使用性能方面，剪力墻結(jié)構(gòu)由于墻體太多，結(jié)構(gòu)自重大，導(dǎo)致了較大的地震作用，混凝土和鋼材用量也較高;同時(shí)也增加了基礎(chǔ)工程的投資，而且限制了建筑上的靈活使用。而框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是平面使用靈活，適用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)合理，能使框架、剪力墻兩種有著不同變形性能的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)很好地協(xié)同發(fā)揮作用。在水平荷載作用下，具有較純框架和純剪力墻結(jié)構(gòu)更為有利的水平變形曲線。由框架構(gòu)成自由靈活的使用空間，容易滿足不同建筑功能的要求;同時(shí)剪力墻具有相當(dāng)大的抗側(cè)移剛度，從而使框一剪結(jié)構(gòu)具有較好的抗震能力，也大大減少了結(jié)構(gòu)的側(cè)移。

　　(2)經(jīng)濟(jì)性比較。我們通過(guò)對(duì)三種鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)直接費(fèi)的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)三種鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)單位面積直接費(fèi)相差不是很多，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)最大，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)最小。其中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)比框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)高出12.5%，比大開(kāi)間剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)高出7.3%，大開(kāi)間剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)比框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)高出4.9%。三種鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)的次要項(xiàng)目造價(jià)基本相同。單位面積造價(jià)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的最小，框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的次之，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的稍微較大，三種結(jié)構(gòu)體系直接費(fèi)最大相差不到45元/m²元。

　　三、小高層框架結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施

　　1、梁的抗震構(gòu)造

　　(1)梁截面尺寸:為了防止梁發(fā)生斜裂縫破壞、斜壓型脆性破壞，框架梁截面尺寸必須滿足如下要求:梁的截面寬度與高度之比為6/h , 0.25 ,且b不宜小于200mm，也不宜小于1/2柱寬;同時(shí)應(yīng)滿足高跨比ln/h4;梁最大平均剪應(yīng)力為V/bho≤ 0.20f。其中，b、h、ho分別為梁截面寬度、高度、有效高度;V為梁端組合剪力設(shè)計(jì)值;f為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

　　(2)梁的配筋率:為了保證梁的變形能力，使框架結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，梁端縱向受拉鋼筋的配筋率應(yīng)能使梁端截面的受壓區(qū)相對(duì)高度滿足以下要求:一級(jí)框架0.25ho;二級(jí)框架x50.35ha，同時(shí)，縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)大于2.5%。

　　(3)梁的箍筋:為了保證梁有足夠的延性，提高塑性鉸區(qū)壓區(qū)混凝土的極限壓應(yīng)變值，并防止在塑性鉸區(qū)內(nèi)最終發(fā)生斜裂縫破壞，在梁端縱筋屈服范圍內(nèi)加密封閉式箍筋，對(duì)提高梁的變形能力十分有效。同時(shí)，為了防止壓筋過(guò)早壓曲，應(yīng)嚴(yán)格遵照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》限制箍筋的間距。

　　(4)梁內(nèi)縱筋錨固:在反復(fù)恒載作用下，在縱向鋼筋埋入梁柱節(jié)點(diǎn)的相當(dāng)長(zhǎng)度范圍內(nèi)，混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)力將發(fā)生嚴(yán)重破壞，因此應(yīng)注意在地震作用下框架梁中縱向鋼筋的錨固長(zhǎng)度，一般應(yīng)比《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中所規(guī)定的受拉鋼筋基本錨固長(zhǎng)度大。

　　2、柱的抗震構(gòu)造措施

　　(1)柱截面尺寸:柱的平均剪應(yīng)力太大，會(huì)使柱產(chǎn)生脆性的剪切破壞。平均壓應(yīng)力或軸壓比太大會(huì)使柱產(chǎn)生混凝土壓碎破壞，為了使柱有足夠的延性，柱截面尺寸應(yīng)符合以下要求:柱截面的長(zhǎng)邊應(yīng)小于柱凈高的1/4，且柱截面的寬度不宜小于300mm;當(dāng)剪壓比保持較低時(shí)，可獲得較好的延性，為此柱端截面的平均剪應(yīng)力一般宜小于3N/mm。

　　(2)柱縱向鋼筋的配置:柱中縱向鋼筋宜對(duì)稱配筋:為了保證柱有足夠的延性，柱的最小配筋率必須滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求;縱向鋼筋的接頭，一級(jí)框架應(yīng)采用焊接接頭;二級(jí)宜采用焊接接頭，而底層柱根應(yīng)焊接;三級(jí)可采用搭接，而底層柱根宜焊接;直徑大于32mm的鋼筋必須采用焊接。在縱向鋼筋連接區(qū)段內(nèi)宜加密箍筋，防止縱向鋼筋的壓曲，增加粘結(jié)度。

　　(3)柱的箍筋:在地震力的反復(fù)作用下，柱端鋼筋保護(hù)層往往首先碎落，這時(shí)，如無(wú)足夠的箍筋約束，縱筋就會(huì)向外膨曲，柱端破壞。箍筋對(duì)柱的核心混凝土起著有效的約束作用，提高配箍率可以顯著提高受壓混凝土的極限壓應(yīng)變，從而有效增加柱的延性。因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)遵照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)框架柱的箍筋構(gòu)造要求。

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　小高層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在現(xiàn)今的城市建設(shè)中雖越來(lái)越普遍，但設(shè)計(jì)中仍有很多需要注意的問(wèn)題，只有熟練地掌握規(guī)范，并具有良好的結(jié)構(gòu)概念，才能設(shè)計(jì)出既安全又經(jīng)濟(jì)適用的優(yōu)秀作品。