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框架結構設計時應注意的問題
鋼筋混凝土框架結構由梁和柱所組成,是一種抗震、抗風較好的結構體系,這種體系的側向剛度小,平面布置靈活,易于滿足建筑物設置大房間的要求,在工業(yè)與民用建筑中被廣泛應用。但常因設計不當而造成施工環(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構設計時應注意的問題。
1、框架計算簡圖的確定
1.1無地下室的多層框架房屋
1)基礎埋深較淺時現(xiàn)澆的框架結構梁柱剛接,計算簡圖的確定主要是確定底層柱的計算長度。根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2002(以下簡稱《結構規(guī)范》)規(guī)定:一般多層房屋中梁柱為剛接的框架結構,底層柱的計算長度取基礎頂面到一層樓蓋頂面的高度H,裝配式框架取1.25H。
2)基礎埋深較大時為了增加房屋底部的整體性,減小位移有時在附近設置基礎連系梁。將基礎連系梁以下的部分看作底層,往的H值取基礎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構,合理確定上部結構的嵌固位置是一個關鍵問題?!督Y構規(guī)范》和《建筑抗震設計規(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)定的地下室結構或采用箱型基礎時,可將地下室頂作為框架上部結構的嵌固位置,在利用PKPM軟件進行設計時,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)定的地下室結構或者采用筏板式基礎時,嵌固位置最好取在基礎頂面。此時,利用電算進行樓層組合時,總層數(shù)應為實際的樓層數(shù)加上地下室的層數(shù)。
2、基礎寬度和面積的計算
在計算基礎寬度或面積時,往往由于力學模型不明確或考慮問題不周詳,導致基礎寬度或面積不足。如墻體上作用有較大集中力的情況,當墻體上有較大的集中力作用時,通過墻體和基礎可將集中力向地基擴散,但這種擴散是有一定范圍的,且基底土反力并不均勻分布。若設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寬度,則導致局部基礎寬度不足。因此,必須加大基礎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)整基礎寬度的方法解決此類問題。
目前常用的框架結構空間分析計算軟件都是以整幢樓的梁、柱整體參加工作進行計算分析的,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、次梁關系,設計人員在繪制施工圖時,應注意配筋形式與受力分析相匹配??蚣芙Y構經(jīng)空間分析程序電算,所有按主梁輸人模型的梁是整體工作的,部分梁將產(chǎn)生扭轉問題。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,而不查閱構件配筋打印資料,僅以配筋簡圖進行設計,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,剪力包絡圖趨于平緩,就會產(chǎn)生加密區(qū)外箍筋抗剪不足,導致結構不安全。
3、鋼筋混凝土保護層厚度的取值
混凝土保護層的作用是保護鋼筋不發(fā)生銹蝕,并保證鋼筋的粘結錨固性能,直接影響構件的耐久性和鋼筋的受力性能,但由于設計人員的不重視,常會出現(xiàn)以下問題:1)梁或柱中,只注意到主筋的保護層厚度,而忽略了箍筋的保護層厚度,造成箍筋外露或保護層厚度不足;2)主梁與次梁交叉處、主梁、次梁和板的鋼筋關系處理不明確,造成板負筋保護層厚度不足或構件有效截面高度損失,直接影響到構件的安全性;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,應采取不同的保護層厚度。
設計時應注意:
1)正確處理構件內(nèi)各類鋼筋的相互關系,按鋼筋的正確位置確定構件內(nèi)鋼筋的保護層厚度及構件有效截面高度,并進行構件的截面設計。首先根據(jù)規(guī)范要求確定梁柱內(nèi)箍筋的保護層厚度,即確定箍筋的正確位置;根據(jù)各種鋼筋的正確位置,確定相關構件的有效截面高度并進行配筋計算,在施工圖中標出相關構件中鋼筋的位置。
2)正確區(qū)分同一構件所處的環(huán)境條件,區(qū)別對待不同環(huán)境下的混凝土保護層厚度。地下部分的柱子可將其斷面加大,滿足其保護層厚度的要求,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、框架結構抗震構造措施
4.1 梁的抗震構造
1)梁截面尺寸
2)梁的配筋率
3)梁的箍筋
4)梁內(nèi)縱筋錨固
4.2 柱的抗震構造措施
1)柱截面尺寸:柱的平均剪應力太大,會使柱產(chǎn)生脆性的剪切破壞。平均壓應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,柱截面尺寸應符合以下要求:柱截面的長邊應小于柱凈高的1/4,且柱截面的寬度不宜小于300mm;當剪壓比保持較低時,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,一級框架應采用焊接接頭;二級宜采用焊接接頭,而底層柱根應焊接;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,增加粘結度。
3)柱的箍筋:在地震力的反復作用下,柱端鋼筋保護層往往首先碎落,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變,從而有效增加柱的延性。因此設計人員應遵照《抗震規(guī)范》對框架柱的箍筋構造要求。
總之,以上提出的都是些框架結構設計中出現(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致結構不合理,甚至結構不安全。設計人員在精于結構電算分析的同時,更應注意到以上所提到的在設計過程中碰到的類似問題,使施工圖的設計更完善,保證結構的安全。
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