钢筋混凝土框架结构设计常见问题及分析

郑艳华 刘立颖

【摘 要】钢筋混凝土框架结构大量应用于多高层民用建筑中。框架结构具有结构布置规则，空间分隔灵活，自重轻，节省材料，可以较灵活地配合建筑平面布置等优点。我将从设计过程中遇见的问题着手对其进行深入分析。

【关键词】框架结构；钢筋混凝土；分析

一、框架结构房屋最大适宜高度方面常见问题及分析

从安全、经济等诸多方面综合考虑。当房屋高度较高时，虽然没有超出规范对框架结构的高度限值，但设计的各项指标、经济指标均不理想，在这种情况下，避免采用純框架结构，应采用抗侧向刚度较大、抗震性能更好的框架-剪力墙结构或少量剪力墙的框架结构。因此纯框架结构房屋的最大适用高度应结合工程具体情况确定，在经济合理的前提下6度（0.05g）、7度（0.1g）、7度（0.15g）、8度（0.2g）、8度（0.3g）、9度（0.4g）相应高度为35m、30m、25m、20m、15m、12m。

二、框架结构设计理念方面常见问题及分析

1.抗震建筑要限制单跨框架的使用：1）单跨框架结构是指一个主轴方向全部为单跨的框架结构。2）单跨框架的冗余度较低，在强烈地震作用下，将出现较大的结构变形填充墙及其他附属构件易出现较大程度损毁。3）对层数不多（房屋高度较低）的多层建筑，当必须采用单跨框架时，应设置支撑、柱子翼墙或少量的钢筋混凝土剪力墙。

2.关于强柱弱梁的措施：1）由于钢筋混凝土框架自身侧向刚度较小，而地震作用引起的侧向位移较大，合理的抗震措施成为框架抗震性能实现的有力保证。在建筑物的抗震设计中，适当考虑框架梁的塑性内力分布，采用净跨框架梁单元模型，用实际梁端（框架柱边）内力进行构件的裂缝宽度验算，不仅可以减少梁端负弯矩的实际配筋，同时还可以提高框架梁的延性，更有利于强柱弱梁结构设计的实现。2）合理控制框架梁的梁端底部钢筋进入框架柱的数量，并在强柱弱梁验算中考虑梁端底部实配钢筋的影响，是确保强柱弱梁的重要措施之一，应引起结构设计人员的高度重视。3）应严格控制梁端实配钢筋，对梁端负弯矩钢筋不应超配（控制实配钢筋不超过计算钢筋面积，一般情况可取实配钢筋面积为计算面积的95%-100%）；对梁端正弯矩钢筋应控制超配（一般情况下可控制超配系数在10%以内，注意不是对跨中正弯矩钢筋而是梁端正弯矩钢筋，是控制对梁端正弯矩钢筋的超配）

3.关于强剪弱弯的措施：强剪弱弯是保证构件延性，防止脆性破坏的重要原则，它要求人为加大各承重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力，使这些部位在结构经历罕遇地震的过程中以足够的保证率不出现脆性剪切失效。对于框架结构中的框架梁应注意抗剪验算和构造，使其满足相关规范要求。

三、框架结构计算方面常见问题及分析

1.结构计算中，计算简图选取的正确与否，直接影响到计算结果的准确性。其中比较典型的是基础梁的处理。一般情况下，基础梁设置在基础高度范围内，作为基础的一部分，此时结构的底层计算高度应取基础顶面至一层楼板顶面的高度。基础梁仅考虑承担上部墙体荷载，构造满足普通梁的要求即可。当按规范要求需设置基础拉梁时，其断面和配筋可按构造设计，截面高度取柱中心距的1/12～1/18，纵向受力钢筋取所连接的柱子的最大轴力设计值的10%作为拉力来计算。但是，当基础埋深过大时，为了减少底层的计算高度和底层的位移，设计者往往在±0.000以下的某个适当位置设置基础拉梁。此时，基础拉梁应作为一层输入，底层计算高度应取基础顶面至基础拉梁顶面的高度，二层计算高度应取基础拉梁顶面至一层楼板顶面的高度。

2.框架柱纵向钢筋的计算应按工程的实际情况确定。当结构的扭转较大时，首先考虑偶然偏心的地震作用（不考虑双向地震作用）按双向偏心受压方法计算柱的配筋；其次考虑双向地震作用（不考虑偶然偏心的地震作用）按单向偏心受压计算方法计算柱配筋。两者取较大值。框架角柱应按双向偏心受力构件计算。当结构的扭转较小，框架柱以单向受力为主时，可按单向偏心受压方法计算柱配筋。柱配筋设计时应按照计算结果先确定角筋直径，然后根据总的纵向钢筋面积按角筋共同原则确定除角筋外的其他周边钢筋，角筋直径不应小于柱的其他纵向钢筋直径。

3.阳台外挑宜采用梁式结构。当挑出长度L≥1.5m时，应采用梁式结构；当挑出长度L<1.5m，且其降板未超过相邻板厚时，可采用悬挑板，但其根部厚度不小于L/10，且不小于120mm。悬挑板面钢筋直径不宜小于10mm。板面裂缝应控制在0.2mm以内。

四、框架结构构造方面常见问题及分析

1.框架梁的悬挑端底部钢筋必须满足规范对框架梁端部的抗震构造要求？显然悬挑梁底部没有必要按框架要求设计，当悬挑梁顶部钢筋较多时可设置适量的构造钢筋（受压钢筋）；对长悬挑构件，其悬臂梁的根部宜满足规范对框架梁的抗震构造要求。1）由于地震往复性，在地震作用下框架梁端部受力复杂且地震作用效应随着地震作用方向的变化而变化，因此框架梁端部上、下均需要满足一定的抗震构造要求。2）在一般情况下，悬挑梁以承受竖向荷载为主，其受力情况比较单一，可不考虑抗震设计构造（注意：这里的抗震构造指的是梁的全部抗震构造，而不仅仅是梁底的抗震构造）。当悬臂梁根部梁顶钢筋较多时，可适当加大梁底构造钢筋，以提高悬挑梁的承载力并改善悬挑梁根部的延性。3）对长臂构件，需要考虑竖向地震作用，因此建议对长臂梁根部应考虑抗震构造。

2.根据《抗震规范》第3.6.6条第1款规定“计算中应考虑楼梯构件的影响”，楼梯作为重要的疏散工具，在防灾中起着重要的作用，应采用现浇或装配整体式钢筋混凝土结构，不应采用装配式结构。楼梯间周边优先考虑设置剪力墙。当楼梯间无法设置剪力墙时可以考虑楼梯间周边设置落地框架柱，以形成周围框架对楼梯的有效呵护；当楼梯间无法设置剪力墙时，实际工程中应避免或减小楼梯对主体结构影响，可以将楼梯休息平台与主体结构脱开或采取梯段下端滑动支座，也可以在梯板周边设置暗梁，还可以在休息平台与上层结构之间设置钢筋混凝土构造柱来提高楼梯抵抗水平地震作用的能力，改善楼梯结构的抗震性能。当楼梯间无法采取隔离措施时，在结构计算中应该考虑楼梯对主体结构的影响及主体结构对楼梯的影响，并宜进行包络设计。应特别注意设置楼梯形成的框架短柱，柱箍筋处应满足计算要求外，宜按抗震等级提高一级配置。

3.框架节点核芯区箍筋配置应满足对于规范中规定的框架柱箍筋加密区的箍筋最小体积配箍率的要求，绝大部分设计人员都能给予足够的重视，但对于《建筑抗震设计规范》中规定的“一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10、0.08且体积配箍率分别不宜小于0.6%、0.5%，0.4%。”设计中经常被忽视，尤其是柱轴压比不大时，常常不满足要求。这一规定是保证节点核芯区延性的重要构造措施，应严格遵守。

4.梯板作为拉弯、压弯抗震构件，宜设板面拉通钢筋。由于梯板为斜向的单向板，且单向板的荷载较大，梯板厚应比水平楼板厚度大，梯板厚度取值在1/25-1/28的梯板水平投影跨度。

5.框架梁柱节点与柱混凝土强度等级不同时采取的措施。在工程设计中，为满足框架柱轴压比要求，往往框架柱的混凝土强度等级远比框架梁的混凝土强度等级高，可参照《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》处理，当梁、柱混凝土强度等级相差大于5MPa时，梁柱节点区施工时应做专门处理，可先浇灌梁柱节点高等级混凝土，并在梁上留坡槎，使节点区混凝土等级与柱相同。

结束语

钢筋混凝土框架结构虽然相对简单，但设计中仍存在很多需要注意的问题。设计人员只有熟练地掌握规范，有良好的结构概念，且对结构构件进行精细化的设计，才能保证结构安全情况下减少工程造价。

参考文献：

[1]朱炳寅.建筑结构设计问答及分析（第二版）.中国建筑工业出版社，2013.

[2]李国胜.混凝土结构设计禁忌及实例.中国建筑工业出版社，2007.

[3]混凝土结构设计规范GB50010-2010.中国建筑工业出版社，2011.

[4]建筑抗震设计规范GB50011-2010.中国建筑工业出版社，2010.