工業冶金師職稱范文淺析鋼筋混凝土框架結構

　　摘要：隨著經濟的高速發展，我國高層建筑發展迅速，設計思想在不斷更新，建筑平面布置與豎向體形也越來越復雜，這就給高層結構設計和施工提出更高的要求。因此，框架結構體系在結構設計中應用甚廣。現結合自己幾年的設計經驗，對小高層鋼筋混凝土結構設計進行闡述。

　　關鍵詞：小高層,框架結構,設計

　　一、小高層鋼筋混凝土框架結構設計的要點

　　1、水平荷載逐漸成為鋼筋混凝土結構設計的控制因素。在低層住宅中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著鋼筋混凝土結構設計;而在小高層住宅中，盡管豎向荷載仍對鋼筋混凝土結構設計產生著重要影響，但水平荷載將成為控制因素。對某一特定建筑來說，豎向荷載大體上是定值;而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨動力特性的不同而有較大幅度的變化。

　　2、軸向變形不容忽視。對于采用框架體系或框架一剪力墻體系的小高層住宅，框架中柱的軸壓應力往往大于邊柱的軸壓應力，這就使得中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當房屋很高時，此種差異軸向變形將會達到很大的數值，其后果相當于連續梁中間支座產生沉陷，使連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大。

　　3、側移成為鋼筋混凝土結構設計的控制指標。與低層住宅不同，結構側移己成為小高層住宅鋼筋混凝土結構設計的關鍵因素。隨著房屋高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，結構的頂點側移一般與房屋高度H的四次方成正比。在設計小高層住宅時，不僅要求結構具有足夠的強度，而且還要有足夠的抗側移剛度，使結構在水平荷載下產生的側移控制在一定的范圍內。這是因為:①過大的側移會使人不舒服，影響房屋的正常使用。②過大的側移會使隔墻、圍護墻以及它們的高級飾面材料出現裂縫或損壞，也會使電梯軌道變形而導致不能正常運行。③過大的側移會因P一△效應使結構產生附加內力，甚至因側移與附加內力的惡性循環導致建筑物的倒塌。

　　4、結構延性是鋼筋混凝土結構設計的重要指標。相對于低層住宅而言，小高層住宅更柔一些，地震作用下的變形就更大一些。為了使結構在進入塑性階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。

　　二、小高層鋼筋混凝土框架結構設計策略

　　1、優化設計的方法。當前，在無成熟的優化設計分析軟件的情況下，主要是應用小高層住宅結構分析軟件，采用人工分析進行調整，運用概念設計的方法對不同的結構選型和布置不斷的進行方案分析比較，以獲得比較理想的結構方案，這是在結構設計中最常用的也是最簡單的優選或者說是優化方法。用概念設計的方法所得的方案是較合理、經濟的，雖其費工費時、對設計人員的素質要求較高，但這種依靠設計人員經驗進行人工優化的方法仍是當前所普遍采用的主要方法。對于同一小高層住宅方案，可以有許多不同的結構(包括基礎)布置方案;確定了結構布置的小高層住宅物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法;分析過程中設計參數、材料、荷載的取值也不是唯一的;小高層住宅物細部的處理更是不盡相同等等，這些問題目前計算機是無法完全解決的，都需要設計人員自己做出判斷。而判斷只能在結構設計的一般規律指導下，根據工程實踐經驗進行，這便是前面所說的概念設計。因此，概念設計存在于設計師對多種備選方案進行選擇的過程中。

　　2、性能分析

　　(1)抗震性能分析。對結構體系來說足夠的承載能力和變形能力是兩個同時需要滿足的條件。結合概念設計的理念，對上述兩種結構體系進行對比分析，電算程序可以采用中國建筑科學研究院編制的結構空間有限元分析軟件SATWE。在結構設計中，不僅要求結構具有足夠的承載能力，還要求其有適當的剛度。高層結構的使用功能和安全與其側移的大小密切相關，過大的側向變形會使隔墻、維護墻及其飾面材料出現裂縫或損壞。結構分別按考慮5%的偶然偏心和雙向地震力作用的不利情況計算出各結構體系層間位移角，剪力墻結構小于框剪結構，但均小于規范要求，且富裕量較大，說明兩種結構體系滿足剛度要求。

　　但就使用性能方面，剪力墻結構由于墻體太多，結構自重大，導致了較大的地震作用，混凝土和鋼材用量也較高;同時也增加了基礎工程的投資，而且限制了建筑上的靈活使用。而框架一剪力墻結構的特點是平面使用靈活，適用性強，結構合理，能使框架、剪力墻兩種有著不同變形性能的抗側力結構很好地協同發揮作用。在水平荷載作用下，具有較純框架和純剪力墻結構更為有利的水平變形曲線。由框架構成自由靈活的使用空間，容易滿足不同建筑功能的要求;同時剪力墻具有相當大的抗側移剛度，從而使框一剪結構具有較好的抗震能力，也大大減少了結構的側移。

　　(2)經濟性比較。我們通過對三種鋼筋混凝土住宅結構直接費的計算，發現三種鋼筋混凝土住宅結構單位面積直接費相差不是很多，短肢剪力墻結構的單位面積直接費最大，框架—剪力墻結構的單位面積直接費最小。其中短肢剪力墻結構的單位面積直接費比框架—剪力墻結構的單位面積直接費高出12.5%，比大開間剪力墻結構的單位面積直接費高出7.3%，大開間剪力墻結構的單位面積直接費比框架—剪力墻結構的單位面積直接費高出4.9%。三種鋼筋混凝土住宅結構的次要項目造價基本相同。單位面積造價框架—剪力墻結構的最小，框架一剪力墻結構的次之，短肢剪力墻結構的稍微較大，三種結構體系直接費最大相差不到45元/m²元。

　　三、小高層框架結構抗震構造措施

　　1、梁的抗震構造

　　(1)梁截面尺寸:為了防止梁發生斜裂縫破壞、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6/h , 0.25 ,且b不宜小于200mm，也不宜小于1/2柱寬;同時應滿足高跨比ln/h4;梁最大平均剪應力為V/bho≤ 0.20f。其中，b、h、ho分別為梁截面寬度、高度、有效高度;V為梁端組合剪力設計值;f為混凝土軸心抗壓強度設計值。

　　(2)梁的配筋率:為了保證梁的變形能力，使框架結構具有較好的抗震性能，梁端縱向受拉鋼筋的配筋率應能使梁端截面的受壓區相對高度滿足以下要求:一級框架0.25ho;二級框架x50.35ha，同時，縱向受拉鋼筋的配筋率不應大于2.5%。

　　(3)梁的箍筋:為了保證梁有足夠的延性，提高塑性鉸區壓區混凝土的極限壓應變值，并防止在塑性鉸區內最終發生斜裂縫破壞，在梁端縱筋屈服范圍內加密封閉式箍筋，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，應嚴格遵照《建筑抗震設計規范》限制箍筋的間距。

　　(4)梁內縱筋錨固:在反復恒載作用下，在縱向鋼筋埋入梁柱節點的相當長度范圍內，混凝土與鋼筋之間的粘結力將發生嚴重破壞，因此應注意在地震作用下框架梁中縱向鋼筋的錨固長度，一般應比《混凝土結構設計規范》中所規定的受拉鋼筋基本錨固長度大。

　　2、柱的抗震構造措施

　　(1)柱截面尺寸:柱的平均剪應力太大，會使柱產生脆性的剪切破壞。平均壓應力或軸壓比太大會使柱產生混凝土壓碎破壞，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《建筑抗震設計規范》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。在縱向鋼筋連接區段內宜加密箍筋，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《建筑抗震設計規范》對框架柱的箍筋構造要求。

　　四、結束語

　　小高層鋼筋混凝土框架結構在現今的城市建設中雖越來越普遍，但設計中仍有很多需要注意的問題，只有熟練地掌握規范，并具有良好的結構概念，才能設計出既安全又經濟適用的優秀作品。