关于高层框架结构设计中的问题探讨

关于高层框架结构设计中的问题探讨

李慧阳

李慧阳

身份证号码：632124199010257894

摘要：高层建筑框架结构的设计，有关规范虽已有详细规定，但仍有若干问题没有明确具体做法。我国建筑工程领域在进行框架结构设计与建设时需要不断地在实践中丰富设计经验，提高设计质量标准，为我国建筑框架结构设计在建筑工程施工领域的健康发展奠定坚实的基础。本文对框架结构设计中应注意的几个问题进行了探讨。

关键词：框架结构；设计；问题

高层建筑框架结构设计是不容忽视的问题，设计工作者只有按相应的规范的构造要求来严格执行，才能从根本上消除设计质量的隐患。

一、框架结构设计中的基础连梁、地下框架梁和基础梁

在框架基础结构设计中，很多设计新手混淆这三个概念。也有人把所有的地下梁统称为基础梁。在这里我们把概念分析一下。在框架独立柱下基础设计时，在基础顶面附近或接近于±0．000的位置设置双向的地下梁。设置此梁的目的一是为了提高基础整体性，调节上部结构的不均匀沉降，其二是用来承担框架底层的墙体。我们把它称为基础连梁，当基础埋置深度不是很大时，基础拉梁顶标高一般所用与基础顶齐平，基础拉梁的钢筋分别锚固于基础之内，计算模型是支承在基础上简支梁．而不是连续梁。为了使基础拉梁的实际受力符合计算模型，结构说明中常要求基础梁底架空（如要求先素土夯实，再铺炉渣300厚，梁底留100高空隙）：当基础埋置深度较大时，基础拉梁的顶面标高一般位于地坪下500，这样做的好处就是计算模型简单，可以把它当作一层框架由软件完成计算工作，还可以节省基础拉梁上的墙体。此时的基础拉梁在实际概念上应属于地下框架梁，其截面尺寸及配筋要求应同于楼面框架梁。而我们常称的基础梁，从结构分析角度来说，是起基础作用的．即承受地基反力的梁。如筏板基础中的基础梁，基础梁和基础底板共同承受地基反力，其计算模型我们则采用“倒梁楼盖法”，基础梁的受力筋设置位置和楼面框架梁刚好相

二、设计构造方面的问题

（1）框架节点核芯区箍筋配置应满足要求

对于规范中规定的框架柱箍筋加密区的箍筋最小体积配箍率的要求，绝大部分设计人员都能给予足够的重视，但对于《建筑抗震设计规范》中规定的“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：o．6％、0．5％，0．4％。”设计中经常被忽视，尤其是柱轴压比不大时，常常不满足要求。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。

（2）关于框架结构电梯井的问题。由于在地震作用下高层框架结构的位移较难控制，而多层框架结构的位移控制要比其容易许多，故对于多层的钢筋混凝土框架结构电梯井，完全可以采用框架加填充墙形式，只是这时应加密填充墙构造柱，且应注意加强电梯井周围的框架梁柱的配筋，因其刚度影响在计算中无法反映出来。若要将电梯井做成钢筋混凝土形式，由于井筒会吸收较大地震力，相应减少框架部分吸收的地震力，则框架部分偏于不安全，且井筒基础设计也较为困难，故应对整个结构按有无钢筋混凝土井筒分别计算，取最不利结果配筋，且对井筒墙壁采取做薄墙厚、构造配筋、开竖缝、开计算洞等办法来弱化电梯井刚度。这样的墙体布置，在地震作用下不至于由于电梯井筒的破坏，而导致结构整体丧失稳定性，增加建筑倒塌的几率。会对人们的生命财产安全造成极大地损害。

三、柱的抗震设计问题

（1）柱截面尺寸：柱的平均剪应力太大，会使柱产生脆性的剪切破坏。平均压应力或轴压比太大会使柱产生混凝土压碎破坏，为了使柱有足够的延性，柱截面尺寸应符合以下要求：柱截面的宽度和高度均不宜小于300mm；剪跨比宜大于2；截面高宽比不宜大于3；当剪压比保持较低时，可获得较好的延性，为此柱端截面的平均剪应力一般宜小于3N／mm2。

（2）柱纵向钢筋的配置：柱中纵向钢筋宜对称配筋：为了保证柱有足够的延性，柱的最小配筋率必须满足《抗震规范》要求；纵向钢筋的连接方法应符合《高规》第6.5.3条；在纵向钢筋连接区段内宜加密箍筋，防止纵向钢筋的压曲，增加粘结强度。

（3）柱的箍筋：在地震力的反复作用下，柱端钢筋保护层往往首先碎落，这时，如无足够的箍筋约束，纵筋就会向外膨曲，柱端破坏。箍筋对柱的核心混凝土起着有效的约束作用，提高配箍率可以显著提高受压混凝土的极限压应变，从而有效增加柱的延性。因此设计人员应遵照《抗震规范》，满足框架柱的箍筋构造要求。

四、楼板开大洞结构计算注意问题

楼板开洞的结构比较普遍，如果开洞面积大于该层楼面面积的30%，就属于平面不规则了，计算时必须进行处理。以PKPM软件为例来说，TAT和SAT、ⅣE分别采用了两种方式进行处理。TAT软件是将无楼板的节点定义为弹性节点，也就是表明该节点不受刚性楼板假定的限制，其平动自由度独立(在这里所指的节点为梁柱交点)；SAT2WE软件是将所有楼板定义为弹性膜，由软件真实的计算楼板的平面内刚度，忽略楼板的平面外刚度。建议如果某层洞口面积大于楼层面积的30%以上时，应将全楼所有楼板定义为弹性膜比较符合实际，也可以将该层洞口边缘节点定义为弹性节点(即不考虑楼板的刚度)；如果屋面为刚网架时，应输入一板厚，定义为弹性膜，真实计算楼板的平面内刚度，比较符合实际。在正确定义了弹性节点或弹性膜后，在后续计算中必须采用总刚计算法，否则侧刚计算法仍按刚性楼板计算结构内力和配筋，计算时应特别注意这一点。

五、钢筋混凝土保护层厚度取值的问题

1、主粱与次梁交叉处、主梁、次梁和板的钢筋关系处理不明确，造成板负筋保护层厚度不足或构件有效截面高度损失，直接影响到构件的安全性。

2、梁或柱中，只注意到主筋的保护层厚度，而忽略了箍筋的保护层厚度，造成箍筋外露或保护层厚度不足。

3、地上部分与地下部分的柱子因所处的环境条件不同，根据规范要求，应采取不同的保护层厚度。设计人员常忽略这一差别，不进行专门处理，施工时会出现两种情况：都按正常环境条件处理，造成地下部分混凝土保护层厚度不足；地下部分按基础的环境条件处理，由于地下部分的保护层比地上部分的保护层厚度大，结果造成钢筋出地面后外撑，形成安全隐患。因此，设计时应注意：正确处理构件内各类钢筋的相互关系，按钢筋的正确位置确定构件内钢筋的保护层厚度及构件有效截面高度，并进行构件的截面设计。首先根据规范要求确定梁柱内箍筋的保护层厚度，即确定箍筋的正确位置，主筋的保护层厚度可采用a+d(a为箍筋保护层最小厚度，d为箍筋直径)，并大于规范规定的最小厚度，以此确定主筋的正确位置；交叉部位钢筋的正确位置，可按上述办法确定；根据各种钢筋的正确位置，确定相关构件的有效截面高度并进行配筋计算，在施工图中标出相关构件中钢筋的位置。正确区分同一构件所处的环境条件，区别对待不同环境下的混凝土保护层厚度。地下部分的柱子可将其断面加大，满足其保护层厚度的要求，同时保证柱子钢筋上下位置的一致性，满足钢筋受力要求。

六、结束语

综上所述，结构设计是个系统工作。作为结构设计人员，需要有扎实的理论知识，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。加深对当前房屋建筑结构设计中常见问题的认识与研究，以不断提高自身的结构设计水平，使设计的作品比现阶段的其它建筑具有更高的水准、更合理和更经济的结构形式。

参考文献：

[1]杨济维．对钢筋混凝土多层框架结构设计的浅析．建材与装饰，2009年第9期．

[2]胡爱坤，胡庆军．混凝土框架结构设计中需注意的问题．浙江建筑，2009年第1O期．