摘要：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是建設(shè)工程設(shè)計的重要環(huán)節(jié),是保障建筑結(jié)構(gòu)安全、實現(xiàn)建筑使用功能的靈魂。針對框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的幾個問題進(jìn)
行了分析,并提出了相應(yīng)的解決措施。
    關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計;
    鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)由梁和柱所組成,是一種抗震、抗風(fēng)較好的結(jié)構(gòu)體系,這種體系的側(cè)向剛度小,平面布置靈活,易于滿足建筑物設(shè)置大房間的要求,在工業(yè)與民用建筑中被廣泛應(yīng)用。但常因設(shè)計不當(dāng)而造成施工環(huán)節(jié)質(zhì)量難以保證,給工程安全留下隱患,現(xiàn)從以下幾個方面闡述框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意的問題。
    1框架計算簡圖的確定
    1.1無地下室的多層框架房屋
    1)基礎(chǔ)埋深較淺時現(xiàn)澆的框架結(jié)構(gòu)梁柱剛接,計算簡圖的確定主要是確定底層柱的計算長度。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-200(以下簡稱《結(jié)構(gòu)規(guī)范》)第7.3.11條規(guī)定:一般多層房屋中梁柱為剛接的框架結(jié)構(gòu),底層柱的計算長度取基礎(chǔ)頂面到一層樓蓋頂面的高度H:裝配式框架取1.25H。
    2)基礎(chǔ)埋深較大時為了增加房屋底部的整體性,減小位移有時在0.000m附近設(shè)置基礎(chǔ)連系梁。將基礎(chǔ)連系梁以下的部分看作底層,柱的H值取基礎(chǔ)頂面至連系梁頂面的高度,而把實際建筑的底層作為第二層考慮,層高H取連系梁頂層至一層樓面高度。
    1.2帶地下室的多層框架房屋
    對于帶地下室的多層框架結(jié)構(gòu),合理確定上部結(jié)構(gòu)的嵌固位置是一個關(guān)鍵問題。《結(jié)構(gòu)規(guī)范》和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2001(以下簡稱《抗震規(guī)范》),都沒有明確地提出具體位置,需要具體問題具體分析對于能夠滿足《抗震規(guī)范》第6.1.14條規(guī)定的地下室結(jié)構(gòu)或采用箱型基礎(chǔ)時,可將地下室頂作為框架上部結(jié)構(gòu)的嵌固位置,在利用PKPM軟件進(jìn)行設(shè)計時,樓層總數(shù)僅輸入地下室以上的實際層數(shù),底層的層高H取實際層高。這樣計算出的地震作用與實際情況較為接近。對于不能滿足《抗震規(guī)范》第6.1.14條規(guī)定的地下室結(jié)構(gòu)或者采用筏板式基礎(chǔ)時,嵌固位置最好取在基礎(chǔ)頂面。此時,利用電算進(jìn)行樓層組合時,總層數(shù)應(yīng)為實際的樓層數(shù)加上地下室的層數(shù)。
    2基礎(chǔ)寬度和面積的計算
    在計算基礎(chǔ)寬度或面積時,往往由于力學(xué)模型不明確或考慮問題不周詳,導(dǎo)致基礎(chǔ)寬度或面積不足。如墻體上作用有較大集中力的情況,當(dāng)墻體上有較大的集中力作用時,通過墻體和基礎(chǔ)可將集中力向地基擴(kuò)散,但這種擴(kuò)散是有一定范圍的,且基底土反力并不均勻分布。若設(shè)計時用該集中力除以墻段長度得到的平均線荷來確定基礎(chǔ)寬度,則導(dǎo)致局部基礎(chǔ)寬度不足。因此,必須加大基礎(chǔ)寬度以滿足地基承載力的要求。通常采用局部調(diào)整系數(shù)調(diào)整基礎(chǔ)寬度的方法解決此類問題。
    目前常用的框架結(jié)構(gòu)空間分析計算軟件都是以整幢樓的梁、柱整體參加工作進(jìn)行計算分析的,對部分梁而言,盡管相交梁截面尺寸不同,相互之間卻不存在主、次梁關(guān)系,設(shè)計人員在繪制施工圖時,應(yīng)注意配筋形式與受力分析相匹配?？蚣芙Y(jié)構(gòu)經(jīng)空間分析程序電算,所有按主梁輸入模型的梁是整體工作的,部分梁將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)問題。一些三維空間分析軟件,雖已調(diào)整梁的抗扭剛度,但計算出來框架邊梁扭矩筋仍很大,因程序不計樓板對梁的約束作用(即實際扭矩設(shè)計算值那么大),實際受力與計算模型不符?？砂汛瘟褐ё臑殂q支座,并配以構(gòu)造處理。
    框架梁的抗剪配筋施工圖繪制時,往往為省事,而不查閱構(gòu)件配筋打印資料,僅以配筋簡圖進(jìn)行設(shè)計,并通常對簡圖上梁端加密區(qū)箍筋放大一倍間距置于跨中,此法如遇該梁上次梁集中力較大,剪力包絡(luò)圖趨于平緩,就會產(chǎn)生加密區(qū)外箍筋抗剪不足,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不安全。
    3鋼筋混凝土保護(hù)層厚度的取值
    混凝土保護(hù)層的作用是保護(hù)鋼筋不發(fā)生銹蝕,并保證鋼筋的粘結(jié)錨固性能,直接影響構(gòu)件的耐久性和鋼筋的受力性能,但由于設(shè)計人員的不重視,常會出現(xiàn)以下問題:1)梁或柱中,只注意到主筋的保護(hù)層厚度,而忽略了箍筋的保護(hù)層厚度,造成箍筋外露或保護(hù)層厚度不足;2)主梁與次梁交叉處、主梁、次梁和板的鋼筋關(guān)系處理不明確,造成板負(fù)筋保護(hù)層厚度不足或構(gòu)件有效截面高度損失,直接影響到構(gòu)件的安全性;3)地上部分與地下部分的柱子因所處的環(huán)境條件不同,根據(jù)規(guī)范要求,應(yīng)采取不同的保護(hù)層厚度。
    因此,設(shè)計時應(yīng)注意:1)正確處理構(gòu)件內(nèi)各類鋼筋的相互關(guān)系,按鋼筋的正確位置確定構(gòu)件內(nèi)鋼筋的保護(hù)層厚度及構(gòu)件有效截面高度,并進(jìn)行構(gòu)件的截面設(shè)計。首先根據(jù)規(guī)范要求確定梁柱內(nèi)箍筋的保護(hù)層厚度,即確定箍筋的正確位置,主筋的保護(hù)層厚度可采用a+d(1a為箍筋保護(hù)層最小厚度,d1為箍筋直徑),并大于規(guī)范規(guī)定的最小厚度,以此確定主筋的正確位置;根據(jù)各種鋼筋的正確位置,確定相關(guān)構(gòu)件的有效截面高度并進(jìn)行配筋計算,在施工圖中標(biāo)出相關(guān)構(gòu)件中鋼筋的位置。2)正確區(qū)分同一構(gòu)件所處的環(huán)境條件,區(qū)別對待不同環(huán)境下的混凝土保護(hù)層厚度。地下部分的柱子可將其斷面加大,滿足其保護(hù)層厚度的要求,同時保證柱子鋼筋上下位置的一致性,滿足鋼筋受力要求。
    4框架結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施
    4.1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b/h≥0.25,且b不宜小于200mm,也不宜小于1/2柱寬;同時應(yīng)滿足高跨比ln/h≥4;梁最大平均剪應(yīng)力為V/bh0≤0.20fc。其中,b、h、h0分別為梁截面寬度、高度、有效高度;V為梁端組合剪力設(shè)計值;fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值。
    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)相對高度滿足以下要求:一級框架x≤0.25h0;二級框架x≤0.35h0,同時,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,對提高梁的變形能力十分有效。同時,為了防止壓筋過早壓曲,應(yīng)嚴(yán)格遵照《抗震規(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度,一般應(yīng)比《結(jié)構(gòu)規(guī)范》中所規(guī)定的受拉鋼筋基本錨固長度大。
    4.2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,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《抗震規(guī)范》要求;縱向鋼筋的接頭,一級框架應(yīng)采用焊接接頭;二級宜采用焊接接頭,而底層柱根應(yīng)焊接;三級可采用搭接,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)強(qiáng)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,如無足夠的箍筋約束,縱筋就會向外膨曲,柱端破壞。箍筋對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)計人員應(yīng)遵照《抗震規(guī)范》對框架柱的箍筋構(gòu)造要求。
    5結(jié)論
    總之,以上提出的都是些框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)的易疏忽的問題。一旦處理不好或計算過程中未加考慮便會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不合理,甚至結(jié)構(gòu)不安全。設(shè)計人員在精于結(jié)構(gòu)電算分析的同時,更應(yīng)注意到以上所提到的在設(shè)計過程中碰到的類似問題,使施工圖的設(shè)計更完善,保證結(jié)構(gòu)的安全。