由梁和柱以剛接或鉸接相連接成承重體系的房屋建筑結構

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【摘要】分析民用建筑多層框架結構體系中梁、柱的截面尺寸、配筋率和梁裂縫寬度的調整及設計中要點,供工程設計人員參考。
    【關鍵詞】框架結構;配筋率;強剪弱彎
　　
    對于框架結構的內力目前多采用計算機輔助軟件來進行分析和計算,但是目前有的工程設計人員過分地依賴計算機的計算結果,而缺少獨立分析問題、解決問題的能力,致使在一些圖紙中出現不必要的問題,為以后事故的發(fā)生埋下隱患。本文就多層框架電算結果中梁、柱的配筋調整和設計中的要點進行了分析,希望引起工程設計及施工技術人員的注意。
    一、截面尺寸的選擇
    梁、柱的截面尺寸的選擇是框架結構設計的前提,除應滿足規(guī)范[1]所要求的取值范圍,還應注意盡可能使柱的線剛度與梁的線剛度的比值大于1,以達到在罕遇地震作用下,梁端形成塑性鉸時,柱端處于非彈性工作狀態(tài)而沒有屈服,節(jié)點仍處于彈性工作階段的目的。即規(guī)范所要求的“強柱弱梁強節(jié)點”。
    二、梁、柱的適宜配筋率
    框架梁的配筋在設計中應掌握“適中”的原則,一般情況下其配筋率宜取0.4%~1.5%,框架柱的全部縱向受力鋼筋的配筋率宜取1%~3%。另外當梁端的縱向受拉鋼筋最小配筋率大于2%時,其箍筋的最小直徑應增大2mm。但是無論在何種情況下,均應滿足規(guī)范[1]所規(guī)定的最大、最小配筋率的要求。
    另外框架梁的縱向受拉鋼筋配筋率,應注意規(guī)范[1]與規(guī)范[2]中的區(qū)別:規(guī)范[2]中梁的縱向受拉鋼筋最小配筋率只和框架的抗震等級有關,而在規(guī)范[1]中梁的最小配筋率除和框架的抗震等級有關外,還和混凝土的軸心抗拉強度設計值與鋼筋的抗拉強度設計值的比值有關,所以在設計中應依據規(guī)范[1]來確定梁的最小配筋。
    三、框架柱配筋的調整
    框架柱的配筋率一般都很低,有時電算結果為構造配筋,但是實際工程中均不會按此配筋。因為在地震作用下的框架柱,尤其是角柱,所受的扭轉剪力最大,同時又受雙向彎矩作用,而橫梁的約束又較小,工作狀態(tài)下又處于雙向偏心受壓狀態(tài),所以其震害重于內柱。對于質量分布不均勻的框架尤為明顯。因此應選擇最不利的方向進行框架計算,另外也可分別從縱、橫兩個方向計算后比較同一側面的配筋,取其較大值,并采用對稱配筋的原則。為了滿足框架柱在多種內力組合作用下其強度要求,在配筋計算時應注意以下問題:
    1.角柱、邊柱及抗震墻端柱在地震作用組合下會產生偏心受拉時,其柱內縱筋總截面面積應比計算值增大25%。
    2.框架柱的配筋可放大1.2~1.6倍,其中角柱1.4倍,邊柱1.3倍,中柱1.2倍。
    3.框架柱的箍筋形式應選用菱形或井字形,以增強箍筋對混凝土的約束。
    4.對于二、三級框架的底層柱底和底部加強部位縱筋宜采用焊接,且當柱縱向鋼筋的總配筋率超過3%時,箍筋的直徑不應小于58,并應焊接。
    另外多層框架電算時常不考慮溫度應力和基礎的不均勻沉降,當多層框架水平尺寸和垂直尺寸較大以及地基軟弱土層較厚或地基土質不均勻時,可以適當放大框架柱的配筋,且宜在縱、橫兩個方向設置基礎梁,其配筋不宜按構造設置,應按框架梁進行設計,并按規(guī)范[1]要求設置箍筋加密區(qū)。
    四、框架梁裂縫寬度、斜截面配筋調整
    在滿足梁柱的截面尺寸和配筋率的情況下,仍需在計算配筋后進行梁的裂縫寬度的驗算和滿足梁端斜截面“強剪弱彎”條件下的梁端配筋調整。
    1.影響裂縫寬度的因素和調整的辦法
    框架梁的裂縫寬度驗算往往被工程設計人員忽視,對此應引起我們的注意。影響裂縫寬度主要因素有兩方面,一是構件的混凝土強度等級,二是鋼筋的級別和直徑。由于混凝土等級與鋼筋的級別有一定的“依賴關系”,因此對于普通的混凝土構件,混凝土的高等級對減小梁的裂縫寬度影響不大,一般情況下宜采用加大梁的配筋率或增大梁的截面尺寸的方法來減小梁的裂縫寬度。另外需注意在利用計算機輔助軟件進行結構建模中的荷載輸入時,一定要將恒、活載數值分開輸入,以便進行內力組合和裂縫寬度的計算,不要貪圖省事而將恒、活載合并輸入,以防止梁、柱內力計算錯誤,致使所繪制的施工圖不能使用。
    2.梁端斜截面的配筋調整
    框架結構設計中,宜滿足在地震作用下框架梁的梁端斜截面受彎承載力的規(guī)范要求,即“強剪弱彎”。在具體設計和梁配筋調整時,可采用以下方法:(1)不放大梁端負彎矩鋼筋而加大梁的跨中受力鋼筋(一般放大1.1~1.3倍);(2)梁端箍筋的直徑可增加2mm;(3)支座處盡量不設置彎起鋼筋,宜利用箍筋承受支座剪力。
    3.在電算中合理、準確運用彎矩的調幅
    規(guī)范規(guī)定只有在豎向力作用下梁端彎矩可調幅,水平力作用下梁端彎矩不允許調幅,因此在計算時必須先將豎向荷載作用下的梁端彎矩調幅后,再將水平荷載產生的梁端彎矩疊加。在此可采用兩種方法:一是將梁端的固定彎矩調幅后,再進行力矩分配;二是將由力矩分配法算得的梁端負彎矩直接乘以調幅系數。
    五、框架結構設計中應注意的其它問題
    1.在框架結構中不允許采用兩種不同的結構型式,樓、電梯間、局部突出屋頂的房間,均不得采用磚墻承重。因為框架結構是一種柔性結構體系,而磚混結構是一種剛性結構。為了使結構的變形相互協調,不應采用不同結構混合受力。
    2.加強短柱的構造措施:在工程施工過程中頂棚可能要吊頂或其它裝修,甲方為了節(jié)約開支,往往要求柱間填充墻不到頂或者是在墻上任意開門窗洞口,這樣往往會造成短柱。由于短柱剛度大,吸收地震作用使其受剪,當混凝土抗剪強度不足時,則產生交叉裂縫及脆性錯斷,從而引起建筑物或構筑物的破壞甚至倒塌。所以在設計中應采取如下措施:盡量減弱短柱的樓層約束,如降低相連梁的高度、梁與柱采用鉸接等;增加箍筋的配置,在短柱范圍內箍筋的間距不應大于l00mm,柱的縱向鋼筋間距≤150mm;采用良好的箍筋類型,如螺旋箍筋、復合螺旋箍筋、雙螺旋箍筋等。
    3.由于建筑的需要,有時需要框架梁外挑,且梁下設置鋼筋混凝土柱。在柱的內力和配筋計算中,有些設計人員對其受力概念不清,誤認為此柱為構造柱,并且其配筋為構造配筋,懸臂梁也未按計算配筋,這樣有可能導致水平荷載作用下承載力不足,為事故的發(fā)生埋下隱患。實際上,在結構的整體計算中,此柱為偏心受壓構件,柱與梁端交接處類似于框架梁、柱節(jié)點,應考慮懸臂梁梁端的協調變形。所以對于此柱應作為豎向構件參與結構的整體分析,并且柱與梁端交接處應按框架梁、柱的節(jié)點處理。
    4.在計算單榀框架的內力時,應注意底層框架柱的計算高度和箍筋加密區(qū)高度在規(guī)范[1,2]中的區(qū)別:規(guī)范[2]要求底層柱遇有剛性地面時,除上端箍筋加密外,在剛性地面上、下各500mm范圍內也應加密,而在[1]規(guī)范中規(guī)定除滿足以上條件外,還應滿足柱根不小于柱凈高1/3范圍內箍筋加密的要求。
    5.在設計框架結構和裙房時,高低跨之間不要采用主樓設牛腿、低層屋面或樓梯梁擱在牛腿上的做法,也不要用牛腿托梁的方式作為防震縫。因為在地震時各單元之間,尤其是高低層之間的震動情況不同,連接處很容易壓碎、拉斷。因此,凡要設縫,就要分得徹底,凡不設縫,就要連接牢固,絕不能似分非分,似連非連,否則很容易在地震中破壞。
    6.填充墻拉筋和預埋件等不應與框架梁、柱的縱向鋼筋焊接,宜采用在柱內預留預埋件,待砌筑填充墻時再將拉結筋與之焊接的施工方法。
    六、結束語
    只有熟練掌握規(guī)范,并在工程實踐中不斷總結、積累,才能使框架結構設計更加合理,配筋適宜,滿足“技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量”的要求。
 
[1]中華人民共和國建設部.混凝土結構設計規(guī)范.GB50010-2002:中國建筑工業(yè)出版社.2002.
[2]中華人民共和國建設部.混凝土結構設計規(guī)范GBJ-89:中國建筑工業(yè)出版社.1989.
[3]趙燕玲.淺析框架結構構造設計的隱患預控[J].能源技術與管理.2007.3.