结构构件构造设计分析与应用

马文正

【摘要】本文分析了结构设计中框架梁、框架柱、剪力墙的重要结构构造，并叙述了对规范的理解与实际应用。

【关键词】构件设计；框架梁；框架柱；剪力墙

为满足抗震结构在地震作用下拥有足够的延性，规范规定了构件的最小截面尺寸、最小配筋率、箍筋体积配箍率等构造措施。本文主要从概念出发，在结构构件的构造角度探讨梁、柱、墙等构件的施工图设计中容易出现的问题，同时也是结构审图工作中较为重要的内容。

1、框架梁

《高规》6.3.1条规定了高层结构框架梁的截面取值，实际工程中对荷载较大的情况跨高比可取上限范围1/10～1/12取值，对荷载较小的情况跨高比可取下限范围1/15～1/18取值，当采用无梁楼板结构时，板厚不小于跨度的1/18且沿柱网设置暗梁时，可认为其属于梁板结构。结构设计中梁截面的确定，应考虑对结构抗震性能及结构设计的经济的影响。1）适当加大梁的截面高度，梁的自重较小；高度较大，对结构侧向刚度的贡献也较大。在竖向荷载作用下梁的配筋较小，结构设计的经济性较好。2）采用宽扁梁或梁的截面高度较小时，梁的自重增加，刚度较小，对结构侧向刚度的贡献也较小，同时也会加大框架柱或剪力墙的负担，框架柱或剪力墙的截面和配筋也较大，框架梁的配筋也大，结构设计的经济性较差。但框架梁截面较小时，较容易实现梁铰机制，较容易满足墙柱弱梁要求，结构的抗震性能不差。

《高规》6.3.2条规定了计入受压钢筋作用的梁端截面混凝土受压区高度与有效高度之比值要求；纵向受拉钢筋的最小配筋率要求；梁端截面的底面和顶面纵向钢筋截面面积比值的要求；梁端箍筋加密区范围、箍筋最大间距、箍筋最小直径的要求。纵向受压钢筋的锚固应按照《混规》规定满足对受压钢筋的特殊锚固要求，并在纵向受压钢筋锚固长度范围内配置横向构造钢筋，以防止保护层混凝土劈裂时，纵向受压钢筋的锚固突然实效。横向钢筋指垂直于纵向受力钢筋的箍筋或间接钢筋。当梁端顶截面与底截面采用不同强度等级的钢筋时，受压钢筋不宜再按配筋率控制，可理解为Asfy≥Asfy/2。

《高规》6.3.3条规定了梁端纵向受拉钢筋的最大配筋率要求；沿梁全长顶面和底面的纵向通长钢筋的要求；以及贯通框架中柱的梁钢筋最大直径的限值要求。根据国外试验资料，受弯构件的延性随其配筋率的提高而降低，但当配置不少于受拉钢筋50%的受压钢筋时，其延性可以与低配筋率的构件相当。所以当受压钢筋不小于受拉钢筋的0.5倍时，受拉钢筋配筋率可提高至2.75%。梁的通长钢筋可以是梁两端部分负筋通长配置，也可以是梁跨中顶面钢筋与其两侧梁端负筋连接。中柱贯通钢筋直径的要求，主要为防止梁在反复作用时钢筋的滑移。采用圆形截面柱时，应尽量居中布置框架梁。当梁钢筋所在位置的弦长不满足要求时，应设置方形梁柱节点。

2、框架柱

《抗规》6.3.5条及《高规》6.4.1条规定了框架柱最小截面尺寸、柱的剪跨比、柱截面的高宽比要求。考虑到抗震安全，抗震设计时柱截面尺寸不宜过小，对层数不超过两层时的框架柱截面要求予以适当放松。楼梯柱作为一种特殊结构柱，宜按抗震设计的框架柱要求采取相应的构造措施，楼梯柱的截面宽度不应小于200mm截面面积不应小于框架柱的截面面积要求。

《高规》6.4.2条规定了抗震设计时，钢筋混凝土柱轴压比的限值要求。当配筋量、箍筋形式满足一定要求，或在柱截面中部设置配筋芯柱且配筋量满足一定要求时，柱的延性有不同程度的提高，因此可对柱的轴压比限值适当放宽。设置芯柱的目的在于改善钢筋混凝土框架柱的延性，结构分析时一般不考虑芯柱对框架柱抗弯及抗剪承载力的影响，因此，芯柱一般设置在柱截面的中部。

《高规》6.4.3条规定了柱纵向钢筋的最小配筋率、箍筋加密区最大箍筋间距和最小直径的要求。影响框架柱最小配筋率的因素很多，有框架柱的类型、抗震等级的高低、场地条件的影响、混凝土及钢筋强度等级的高低等。本条第2款第2）项主要考虑当箍筋直径较大且肢数较多时，箍筋的净距偏小不利于混凝土浇筑，故将箍筋的间距适当放宽，以便于施工和保证混凝土的浇筑质量。但箍筋的间距放宽后，柱的体积配箍率仍需满足相关要求。对箍筋的肢距要求，是为保证箍筋对混凝土及受压钢筋的有效约束。

3、剪力墙

剪力墙的截面厚度应满足《高规》7.2.1条的规定，并应符合《高规》附录D对墙体稳定验算要求。实际工程中，在墙肢平面外设置约束构件对提高墙肢的承载力及墙肢的稳定性作用明显。有试验表明：有平面外约束的墙肢与平面外无约束矩形截面墙肢相比，不仅墙板的稳定性明显改善，而且其极限承载力约提高40%，极限层间位移角约增加一倍，对地震能量的耗能能力大20%左右。楼梯间外部剪力墙承受少量的竖向荷载，地震时容易出现拉应力，墙的计算长度不能按上、下楼梯高度取值，墙的稳定性不能完全由程序自动验算，应进行必要的复核计算。应采取措施加强墙与楼层及休息平台的连接，必要时应加大楼梯板厚度，楼梯短向钢筋应加大并按受拉锚固要求锚入墙内，梯板沿长向板边设置暗梁或钢筋带，加大梯板的平面内刚度并给墙以较大的平面外约束。

高层剪力墙结构的竖向和水平分布钢筋不应单排配置。其配筋要求应满足《高规》7.2.3条对钢筋排数的要求。当剪力墙厚度较大时，如果只配置双排配筋，则在墙厚中部形成大面积的素混凝土，将导致剪力墙截面应力的不均匀，因此，要采用三排或四排，每排钢筋包含水平分布钢筋及竖向分布钢筋。截面设计所需总配筋可分配在各排分布筋中，靠墙面的配筋比例可适當加大。对结构重要部位的剪力墙，其水平和竖向分布筋的配筋率宜适当提高，对温度、收缩应力较大的部位，水平分布筋的配筋率宜适当提高。需加强配置水平及竖向分布筋的剪力墙有：剪力墙顶层、楼、电梯间墙体、端开间的纵向剪力墙、端山墙等。

剪力墙两端和洞口两侧应设置边缘构件，当剪力墙底层墙底截面的轴压比大于《高规》表7.2.14的规定值时，以及部分框支剪力墙结构的剪力墙，应在底部加强部位及相邻上一层设置约束边缘构件，对地面以下，约束边缘构件应延伸至嵌固端的下一层，当嵌固端位于基础顶面时，延伸至基础。以底层墙肢的轴压比作为判断是否设置约束边缘构件的依据，是建立在墙肢在底部加强部位高度范围内截面不变或均匀变化的基础上的，即在底部加强部位的高度范围内，墙肢的最大轴压比数值应出现在墙底截面。底部加强部位及相邻上一层的剪力墙，当侧向刚度无突变时，墙的厚度不宜改变。对复杂工程，当剪力墙底截面的轴压比不是最大值时，应以底部加强部位高度范围内墙肢的最大轴压比数值来确定是否设置约束边缘构件。

参考文献：

[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》中国建筑工业出版社JGJ3-2010

[2]朱炳寅，《高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析》中国建筑工业出版社，2012年出版