浅谈钢筋混凝土框架结构设计

赵永亮

【摘 要】钢筋混凝土框架结构是当今建筑结构主要结构形式之一，框架结构因其具有较大的空间，较方便的空间布置，可满足空间多种功能需要，因而受到越来越多建筑工程采用。

【关键词】钢筋混凝土；框架结构；设计

框架结构主要有梁和柱构成，主要优点是受力体系清晰、构造简单、强度和延展性高。在钢筋混凝土框架结构设计过程中，虽然商用软件越来越多，但是框架结构设计的基本原理应引起重视。根据承载力约束条件，以框架结构造价最低为优化目标， 用正多面体优化方法对框架结构进行设计，并对其建立数学模型，从而使钢筋混凝土框架结构设计既安全又经济

一、框架结构应注意的问题

（一）框架结构方案的构思

1）在民用和公共建筑的柱网平面布局中，柱网应尽量按等距（纵、横） 布置，尽量减少边跨柱距，并充分利用连续梁的受力特点减少结构中的弯距。

2）简明的结构受力和传力。框架结构关系越简单，传力结构越清晰。在荷载作用下，结构通过板→梁→柱流程传力，传力结构清晰有利于经济利用建筑材料。

3）结构方案应结合建筑功能、工程地质情况等要求综合考虑。

（二）概念设计上着重注意的问题

1）强剪弱弯措施：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。强剪弱弯是保证构件延性，防止脆性破坏的重要原则，加大各承重构件的抗剪承载力，使这些部位在结构经历罕遇地震的过程中保证不出现脆性剪切失效。

2）强柱弱梁措施。强柱即使框架柱的抗弯和抗剪能力比梁的抗弯和抗剪能力强。柱子的破坏，大多是因剪压复合受力所致，多发生脆性破坏，脆性破坏大多是突然发生的，而强柱弱梁，可以延缓破坏时间，给人们以躲避和加固的时间。

3）注意构造措施。a.外立面为带形窗框架结构，因设置连续窗过梁，使外框架柱成为短柱，应加强构造措施。b.对于框架结构长度略超过规范限值，建筑功能需要不允许留缝时，为减少有害裂缝，采用双向配筋补偿混凝土后浇带。

二、框架结构设计与计算

（一）框架结构的特点

框架结构有以下的特点：1）框架结构的梁、柱间为刚性连接；2）梁端、边柱端多存在负弯矩，梁端仅考虑弯曲和剪切；柱端只考虑弯曲和压缩；3）框架结构选用超静定框架结构而不能采用“几何可变体系”的框架。框架结构计算时，首先要进行荷载组合，在竖向和水平荷载共同作用下，设计的控制因素是梁、柱变形所引起的侧向位移。框架结构的特点、结构受力使得结构方案的选择十分重要。

（二）计算简图的确定

计算简图是计算模型及作用在结构上的荷载共同构成的。计算简图直接影响到计算结果的准确性。如果完全按照实际结构进行计算，必然会带来相当大的计算量，而且实践证明也没有必要。因此，就应进行计算模型简化。计算简图要反映实际结构的主要力学性能，尽可能与实际结构相吻合；根据计算手段不同，采用相应的计算简图。

（三）結构计算中几个重要参数的选取

《抗震规范》第3.6.6.4条指出，所有的计算机计算结果，都应经分析判断，确认其合理、有效后方可用于工程设计。通常情况下，计算机的计算结果主要是结构的自振周期，楼层地震剪力系数，楼层弹性层间位移（包括最大位移与平均位移比）和弹塑性变形验算时楼层的弹塑性层间位移，楼层的侧向刚度比，振型参与质量系数等。现以空间有限元分析与设计程序SATWE 为例，结合施工图审查中发现的问题，来说明有关参数如何合理选取。为得到合适的结果，除有合理的结构方案、正确的结构计算简图外还应正确确定抗震设防烈度和场地类别、地震力的振型组合数和结构周期折减。

1.结构的抗震等级

一般工业、民用建筑，可根据烈度、结构类型和房屋高度按《建筑抗震设计规范》表6.1.2确定抗震等级；而电讯、能源、消防和医疗等类建筑以及大型体育场馆、大型零售商场等公共建筑，应当首先确定其属于哪类建筑。乙、丙类建筑，地震作用均按本地区抗震设防烈度计算。对于乙类建筑，一般情况下，当抗震设防烈度为6～8度时，抗震措施应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求。

2.地震力的振型组合数

对于多层建筑，当不考虑扭转耦联计算时，地震力的振型组合数至少应取3；当振型数多于3时，宜取3的倍数，但不应多于层数；当房屋层数≤2层，振型数可取层数；对于不规则的高层建筑结构，当考虑扭转耦联时，振型数应≥9；结构层数较多或结构刚度突变较大时，振型数应多取，如结构有转换层顶部有小塔楼、属多塔结构等，振型数应≥12或更多。但不能多于房屋层数的3倍，只有当定义弹性楼板，采用总刚分析，且必要时，振型数才可以取得更多。《抗震规范》中指出，合适的振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90%所需的振型数。SATWE等电算程序已有这种功能，可以很方便地输出这种参与质量的比值。有些设计人员不大重视电算程序使用手册的应用，选取振型数时比较随意，这是应当改进的。

3.结构周期折减系数

钢筋混凝土框架结构中，由于填充墙的存在使结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期。因此，计算地震剪力偏小，结构显得不安全。对结构的计算周期进行折减是必要的，对于框架结构来说采用砌体填充墙时，周期折减系数可取0.6～0.7；砌体填充墙较少或采用轻质砌块时，可取0.7～0.8；完全采用轻质墙体板材时，可取0.9；只有无墙的纯框架计算周期才可以不折减。

（四）设计构造方面

设计中经常忽视《建筑抗震设计规范》中“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%”规定，尤其是柱轴压比不大时。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。框架梁上部纵筋端部水平锚固长度应满足要求。《混凝土结构设计规范》中规定“框架端节点处，当框架梁上部纵筋水平直线段锚固长度不足时，应伸至柱外边并向下弯折，弯折前的水平投影长度不应小于0.4LaE”，当框架柱截面尺寸小于400mm×400mm时，应注意梁上部纵筋直径的选择。

（五）框架梁、柱箍筋间距

《抗震规范》第6.3.3条及6.3.8条对不同抗震等级的框架梁、柱箍筋加密区的最小箍筋直径和最大箍筋间距都作了明确规定。在程序内定的条件下，当框架梁的跨中部位有次梁或有较大的其他集中荷载作用却仅配两肢箍筋时，多数情况下，非加密区箍筋间距若仍是200mm，会使梁的非加密区配箍不足。当框架梁中由于种种原因纵向钢筋超筋时，梁端适当加大抗剪承载力对结构抗震非常有利。这也是当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时，规范规定梁的箍筋直径应比最小构造直径增大2mm 的原因。对于框架柱，当框架内定柱加密区箍筋间距为100mm时，在某些情况下，亦可能因非加密区箍筋间距采用200mm引起配箍不足。

三、结语

钢筋混凝土框架结构在受力、传力上虽然相对简单，但在设计中需关注问题依然很多，决不可马虎大意，应在充分理解规范的基础上，形成良好的结构概念，再合理的地利用商用软件，只有这样才能设计出安全、经济、适用、美观的作品。

【参考文献】

[1] 林岳峰. 对多层框架房屋结构设计相关问题的分析[J]. 广东科技. 2016（10）

[2] 郭慧清. 综述多层框架房屋结构设计中的几个要点[J]. 建材与装饰（下旬刊）. 2015（04）

[3] 金恩平. 钢筋混凝土多层框架结构设计中若干问题辨析[J]. 四川建筑科学研究. 2017（06）