刍议钢筋混凝土框架厂房结构设计

刍议钢筋混凝土框架厂房结构设计

丁锐

丁锐

（中国医药集团重庆医药设计院，重庆400042）

摘要：混凝土是建筑工程中应用非常广泛的一种建筑材料，混凝土结构作为一种新兴的结构，迄今只有150年的历史，并且由于钢筋混凝土框架结构应用非常广泛，平面布置灵活、易于设置较大空间，使用方便，故厂房之类的工业建筑越来越依赖于钢筋混凝土框架结构。

关键词：厂房建筑；钢筋混凝土；框架结构；结构设计

前言

目前，在国内外很多厂房建筑物中广泛采用钢筋混凝土框架结构，钢筋混凝土框架结构基本都是由楼板、梁、柱及基础这四种承重构件组成的，由主梁、柱与基础构成平面框架，各平面框架再由连续梁连接起来而形成的空间结构体系。混凝土框架厂房的结构具有诸多优点，但在设计和施工过程中也存在很多问题需要注意和解决，为此展开一些基础性的讨论和研究，对其提出相应解决的对策，这对提升厂房建设质量有很大的帮助。

1钢筋混凝土框架厂房结构设计的要点

1.1钢筋混凝土柱的截面设计

在建筑的钢筋混凝土结构设计中，钢筋混凝土柱截面的尺寸一般从下到上逐渐改变截面尺寸，框架结构的柱按受力一般要求从下至上逐渐变较为合理，同时便于柱模板制作，柱断面变化次数不宜太多，柱断面变小也不宜设在同一层，以节约投资，使设计更合理。除了柱截面变小与混凝土强度降低宜设在不同层外，而且柱截面变小剧烈。否则抗侧刚度减少较多，对抗震不利。柱截面尺寸减小的间隔层数为四层，如果间隔太疏又起不到节约投资、降低造价的目的；太密会造成模板浪费、施工不便。每次每侧减小以150mm为宜，减得过多会导致结构竖向刚度变化异常。

1.2框架节点内框架柱纵筋位移的处理

框架节点内框架柱纵筋发生位移的原因可以归结为三种，一种是箍筋与框架柱纵筋绑扎不牢，导致在浇筑混凝土时使个别纵筋产生位移，第二种是模板上口的刚度比较差，或者纵筋与模板上口固定不牢，导致浇筑混凝土时使外环纵筋产生整体位移；第三种可能是先支完模后采用沉梁法绑扎框架梁钢筋，在沉框架钢筋笼时框架柱纵筋被挤歪，导致在浇筑混凝土时使个别纵筋产生位移。

框架节点内框架柱纵筋位移预防措施：浇筑混凝土前，相关施工人员要对框架柱插筋或外伸纵筋进行检查校正，确保框架柱纵筋插筋或外伸钢筋都绑扎了箍筋，且箍筋的数量足够，绑扎也很牢固，如果有需要，可以适当用点焊来增加其稳固性，避免箍筋与框架柱纵筋绑扎不牢导致在浇筑混凝土时使个别纵筋产生位移；在模板上口处，对框架柱纵筋采取加焊撑筋或与模板固定牢的措施，以防止主筋发生整体位移；还有需要注意的是，在施工条件许可的情况下，尽量不使用沉梁法进行钢筋安装，这样便不会在沉框架钢筋笼时框架柱纵筋被挤歪，也不会导致在浇筑混凝土时使个别纵筋产生位移的情况。

框架节点内框架柱纵筋位移处理方法：框架节点内框架柱纵筋位移的处理方法应具体情况而定，主要分为两种：当外伸纵筋在截面范围内偏位移较小时，这种情况下的处理方法是按6：1斜度调整纠正；在纵筋偏出框架柱截面外尺寸较小时，可将混凝土凿开，并按照6：1比例的斜度调整；当外伸纵筋在截面内或外偏移较大时，这种情况下的处理方法是首先选取正确、合适的位置，确定位置后，采用钻孔进行锚固灌浆的方法，通过这样的方式来重新锚进纵筋。

1.3关于梁的设计

梁的截面高度是由挠度与配筋控制其下限值，由裂缝允许值控制上限值。设计中很多人取较大的梁截面以保证挠度满足要求。但大截面低配筋率梁对抗裂并不利，经过适当配筋调整，裂缝宽度能勉强地满足要求，其计算裂缝宽度很小，然而这种梁出现裂缝的可能性较大。

梁侧的纵向钢筋包括梁侧纵向构造钢筋和抗扭纵筋。规范规定梁腹板高大于45cm时，梁的两个侧面应沿高度合理配置纵向构造钢筋每侧纵向构造钢筋的间距不宜大于20cm，每侧截面面积不应小于腹板截面的0.1%，钢筋混凝土梁侧纵向钢筋的直径一般为14～16mm。在钢筋混凝土结构的实际设计中，常会遇到钢筋混凝土梁侧抗扭纵筋很大，对上述情况应在计算上做合理的调整，由于电算设计时候的抗扭纵筋面积较大。

对跨度较大的钢筋混凝土次梁支承于主梁上时，钢筋混凝土次梁的支承端会对主梁产生较大的扭矩，在电算程序中钢筋混凝土次梁的端支座为绞接造成的。目前电算程序在结构构件计算时尚未考虑现浇楼板对钢筋混凝土梁扭转影响，必须需要人为地给程序一个梁扭矩折减系数，合理选择钢筋混凝土梁扭矩折减系数是必要的。调整后计算出来的钢筋混凝土梁的抗扭纵筋面积会很大，必须保证箍筋的配筋率满足规范的规定。

1.4关于强柱弱梁的设计理念

强柱弱梁的概念主要是针对抗震设防而出现的。钢筋混凝土柱的破坏能导致整个建筑物倒塌，而钢筋混凝土梁的破坏可能仅在某些区域中发生。强柱弱梁设计理念一定要将这一概念设计贯彻下去。严格控制钢筋混凝土柱轴压比，笔者认为轴压比不宜过大，且我们对柱断面及配筋设置时应分部位处理，建议适当加强角柱、边柱的配筋，所有钢筋混凝土柱建议纵筋均不宜小于20mm，同时应该全柱通长加密箍筋，且配箍率满足规范要求，矩形截面柱对称配筋。而对梁配筋则建议应配足梁中部筋，以使地震作用下梁铰机制的形成，避免柱比梁先屈服，使钢筋混凝土梁端能先形成塑性铰，使柱端受弯承载力比梁端的实际受弯承载力大。

2提高混凝土框架结构抗震性能的措施

2.1底层设计为加强层

地震中整体倒塌的房屋，大都是由于底层支承结构破坏造成的。如何提高底层支承结构的抗震能力，是房屋结构抗震设计共同的问题。砌体结构加厚底层墙厚，提高砂浆及砌块的强度等级。混凝土剪力墙结构底层设计为加强层，对墙厚及配筋都有特殊要求。混凝土框架结构的底层是薄弱层，也应该设计为加强层，采取有效的加强措施。当框架结构超过十层，加强层可扩展到第二层。同一结构根据不同部位的重要性，可以采取不同的抗震等级。例如部分框支剪力墙结构，剪力墙加强层比其它层抗震等级提高一级，而框支层的框架抗震等级再提高一级，同一结构抗震等级可分为三个级别。框架结构的底层为加强层，抗震等级提高一级设计也是合情合理的。框架结构底层梁柱宜按提高一度的计算结果配筋，按抗震等级提高一级采取抗震构造措施。

2.2加大底层柱截面及提高混凝土强度等级

混凝土构件的承载能力主要取决于构件的截面、混凝土强度等级及配筋。加大框架底层柱截面及提高混凝土强度等级，不仅能提高其承载能力，也是控制柱轴压比最直接最有效的措施，对提高柱的塑性变形能力和框架抗倒能力都十分有利。加大底层柱截面不仅增加柱本身的侧向刚度，也增加了整体结构的侧向刚度，有效地控制结构的侧移变形。底层柱截面大于上层柱，整体结构侧向刚度下大上小对结构抗震有利。但不宜太悬殊，而应平稳过渡，防止刚度突变或薄弱层转移。上下柱轴心宜对齐，减小偏心。底层各柱受力不一样，截面大小也不一样。一般按轴力大小先设定截面，经计算后再作调整，若发现薄弱柱，则加大其截面。框架结构纵横抗倾覆比值，一般与房屋纵横平面尺寸成正比。控制房屋高宽比及限用单跨框架，都是对横向而言。因此，柱截面尺寸横向大于纵向对结构抗倒塌是有利的。

强烈地震作用下，框架底层柱上端混凝土首先被剪裂压碎，混凝土的压溃先于纵筋的屈服，箍筋的锚固粘结破坏先于箍筋的破坏，这都与混凝土强度不足有关。楼层通过梁传给柱头的水平地震剪力，是前后左右反复不断的作用力，相当于对柱头来回错动，反复弯折。柱头混凝土很容易产生疲劳，而混凝土疲劳强度仅为拉压强度的60%。提高底层柱的混凝土强度等级，无论是抗剪、抗弯、抗压还是抗疲劳都是十分必要的。

3结语

综上所述，混凝土框架厂房结构设计是一个全面的、系统的工作，设计人员仅仅掌握基本的结构设计知识是不够的，要不断完善自己，丰富自己的经验，提高对实践问题的解决能力。

参考文献：

[1]刘道鹏．混凝土框架厂房结构设计[J]．城市建筑，2013（06）

[2]梁忠旗．浅谈钢筋混凝土框架结构施工中的质量控制[J]．科技咨询导报，2012（17）

[3]郑国龙．钢筋混凝土框架节点施工质量问题及对策[J]．山西建筑，2010（23）