多层钢筋混凝土框架结构设计分析

窦炜

【摘要】在多层建筑结构中，最广泛使用的一种结构形式为钢筋混凝土框架结构。这种结构形式能够提供较大的建筑空间，同时具有平面布置灵活的特点，能够满足各种不同的使用要求，本文笔者将结合具体的多层钢筋混凝土框架结构设计实例，简要探讨设计的具体内容，希望能对类似工程起到借鉴作用。

【关键词】多层结构；框架结构；设计分析；抗震设计

1.引言

随着我国经济的发展，复杂多层建筑结构不断涌现，同时为了满足各种不同的使用要求，建筑物的造型和建筑形式日趋多样化。这会结构设计者带了一定的难度。当在进行结构设计时，不仅需要确保结构方案满足使用要求，同时还应特别注意设计过程中可能忽略的一些问题。在多层建筑结构中，最广泛使用的一种结构形式为钢筋混凝土框架结构。这种结构形式能够提高较大的建筑空间，同时具有平面布置灵活的特点，能够满足各种不同的使用要求。

2.工程概况

本工程为某有色金属加工厂区内一栋四层现浇钢筋混凝土框架结构，该建筑的主要使用功能为办公楼。本工程的主要框架梁截面尺寸为250mm×600mm和250mm×400mm。柱的具体截面尺寸为500mm×500mm。混凝土强度等级为C30。钢筋主要有两种，受力钢筋为HRB400，箍筋为HPB300。

3.框架结构方案的分析

当进行结构方案的选择时，应重点考虑以下几点因素：（1）结构传力路径应尽量简单。当结构在荷载作用下，其内部的传力路径越简单，所消耗的材料就越少。（2）根据进度等距或者开间等跨的方式进行柱网的布置。如图1所示为柱网布置示意图。这种柱网布置方式不仅可以提高结构整体的刚度，同时还能减少结构中的弯矩。

4.重要结构计算参数的选取

4.1结构的抗震设防烈度。在进行多层钢筋混凝土框架结构的设计时，首先应确保建筑的类别。一般情况下，丙类建筑在进行地震作用计算时，应按照本地区抗震设防烈度进行；乙类建筑在进地震作用计算时，应满足本地区抗震设防烈度的要求。对于抗震措施应特别注意，尤其是抗震构造措施，要根据房屋高度、结构形式、场地条件等进行相应的调整。

4.2填充墙对结构刚度的影响。在框架结构中，由于填充墙的存在，当其与框架梁柱刚性连接时，就会是结构的整体刚度会有所提高，造成结构实际刚度往往会超过计算刚度，同时实际周期会比计算周期小，这样结构实际受到的地震作用大于计算结果，导致结构抗震设计偏于不安全。因此在进行结构周期计算时，应进行适当的折减，引入所谓的周期折减系数。另外，还应注意填充墙的多少及材质都对周期折减系数有影响。

4.3梁的刚度放大。在进行结构的设计计算时，在对梁进行模拟时，并没有考虑到现浇楼板的存在而导致刚度增大的问题。因此在进行结构计算时，可以通过对梁的刚度进行适当的放大，来近似考虑带翼缘梁的实际刚度。可根据楼板布置等因素，取楼面梁刚度增大系数为1.3～2.0，一般情况下建议中部框架梁的放大系数可以取为2，边框架梁取为1.5。

5.框架梁柱设计要点

5.1框架顶层端节点梁柱钢筋搭接问题。在多层框架钢筋混凝土结构中，建筑物的高度越高，在水平荷载作用下结构所产生的倾覆力矩就越大，顶点位移也越大。在建筑结构中，顶层所受到的风荷载往往较大，这会导致顶层框架柱（尤其是边柱）出现大偏心受力的情况。一般情况下可以采取的措施为：将横梁上部的钢筋伸入柱内，同时伸过横梁的下边；柱内的一部分中部钢筋（不少于两根）伸入顶端，其余钢筋伸入横梁内。该措施是将规范建议采用的两种构造措施加以结合并改进。这种节点外侧的钢筋搭接传力在解决前面提出的问题的同时，也很好的避免了梁端支座负弯矩钢筋密集，影响混凝土浇筑及钢筋与混凝土的粘结性能等常见问题。

5.2造型悬挑梁配筋问题。在实际的工程中，有时为了满足使用功能及建筑外立面造型的要求，需要在框架的梁端设计挑梁。挑梁的截面宽度通常会比框架梁的截面宽度小，这是因为两者所受到的荷载有所不同。但是在实际的设计中，如果没注意到这个问题，只是将框架梁上侧主筋延伸至外挑梁外端，施工时就会发现由于截面差异，部分钢筋无法伸进挑梁中，这就造成很多钢筋被截断，这样不仅会影响工程进度，关键是会影响工程质量，带来隐患。

5.3框架柱内力及配筋问题。（1）当进行框架计算时，根据两个方向计算所得的结果，选择其中更为不利的一个方向进行配筋，并按对称配筋方式，同一柱截面钢筋直径不宜相差太大；（2）当框架柱采用构造配筋时，适当的放大配筋量。根据工程的相关经验，一般情况下框架柱的配筋放大量控制在1.2～1.6倍之间。尤其应该注意对于可能出现偏心受拉情况的柱子，更要适当增加实配柱子纵筋截面面积；（3）在进行多层框架的计算时，往往容易忽视基础不均匀沉降和温度应力的问题。本工程就遇到土质不均匀的问题，笔者建议可以适当的放大柱的配筋，同时采取在两个方向上设置基础梁，并按照框架梁进行基础梁的设计，设置箍筋加密区。

6.多层框架结构构件设计内力调整要点

6.1强柱弱梁的要求。在多层框架结构中，强调强柱弱梁的设计要求，此形式可以使框架结构的梁端在地震荷载作用下屈服（形成塑性铰），但不会出现构件局部脆性破坏的情况。在这种情况下，柱端处于非弹性工程状态，但是仍然没有达到屈服强度。这样就可以利用梁的变形来吸收、耗散地震能，降低结构的地震反应，提高结构抗倒塌能力。当框架梁端由裂缝及挠度控制，实配钢筋大于抗震设计时的承载力配筋等情况下，会出现框架梁此端钢筋超配。梁端纵筋的超配程度的大小决定柱强于梁的幅度大小。建议在确保满足其他要求的情况下，应尽量加大框架柱截面尺寸，从而控制梁与柱的线刚度的比值。应严格控制梁端实配钢筋，对于梁端负弯矩钢筋不应该出现超配，对于梁端正弯矩钢筋应控制超配比例，建议不要超过10%。

6.2强剪弱弯的要求。框架柱存在两种破坏形式：弯曲破坏和剪切破坏。当柱发生剪切破坏时，其破壞形态是脆性的，延性极差；当柱发生弯曲破坏时，柱的纵向受力钢筋屈服后会形成塑性铰，从而具有较好的塑性变形能力和延性。因此，建议在进行结构设计的时候，有目的放大框架柱的剪力设计值，防止框架柱在弯曲屈服前出现剪切破坏，即应该做到“强剪弱弯”。强剪弱弯形式的设计是提高框架结构延性及抗震性能的一项重要措施，可以避免在地震中出现脆性剪切破坏问题。

6.3强柱根的要求。框架结构底层柱在地震作用下，如果过早出现屈服，会影响整个结构的变形和抗倒塌能力，因此，底层框架柱对整个结构的延性起控制作用。理想的塑性铰机制应该是迫使塑性铰发生在水平构件（尤其是次要构件）上，并应尽量推迟塑性铰在底层框架柱等关键部位出现。现行相关规范也规定了一些措施，如引入底层框架柱底弯矩增大系数。该增大系数可以有效避免底层框架柱下端过早屈服，从而提高结构的抗震安全度。但应注意到该系数只适用于框架结构。

7.结语

造型复杂多样的多层建筑不断涌现，使得结构设计具备更大难度。因此对于该类型的结构设计来说，当在进行结构设计时，不仅需要确保结构方案满足使用要求，同时还应特别注意设计过程中可能忽略的一些问题。文章通过结合某一栋四层现浇钢筋混凝土框架结构为例，系统地分析了结构布置方案以及相关设计参数选取，总结出可行的设计经验，为同行提供参考。

参考文献

[1]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S] .

[2]杨全洲.建筑工程框架结构设计的重要原则和设计方法[J].江西建材，2014，（06）.