浅谈钢筋混凝土框架结构设计中存在的几个问题

近年来, 随着经济的高速发展, 我国的建筑行业发展更加迅速, 设计理念的多元化和施工技术的复杂化, 给建筑设计及施工提出更高的要求。采用框架结构, 不仅可以在内部形成较大的空间, 更能进行灵活的平面布置, 因此, 框架结构体系在建筑结构设计中得到了越来越广泛的应用。

钢筋混凝土框架结构是一种抗震、抗风较好、刚度小的结构体系, 由梁、板和柱组成, 平面布置可以满足大部分建筑物结构设置的要求, 广泛应用于工业和民用建筑中。在钢筋混凝土框架结构的设计过程中, 结合设计中的切身体会, 归纳了在框架结构设计中应该考虑的几个问题, 为工程设计人员在以后的设计工作中提供参考。

1 结构计算方面的问题

1.1 计算简图的处理

在结构计算中, 如何正确的去计算简图, 将对计算结果的精确性带来直接影响。在日常设计工作中, 我国很多设计人员根据以往大量的工程实践经验, 设计框架时, 在高度取值上已有了不同过去的规定, 一般为跨度的1/18~1/15。在现行高层规程中已规定取跨度的1/18~1/10。计算简图一定要按实际情况输入, 否则可能会造成顶部框架柱设计不安全。

1.2 框架柱截面尺寸的选取及其影响因素

对高层建筑的框架结构进行设计的时候, 考虑到框架柱所受的轴向力较大, 框架柱的截面尺寸选取通常要根据轴压比限值进行假定, 轴压比的限制条件是需时刻保证框架柱的延性。相对于旧的规程, 框架柱的截面尺寸最小值有所降低。影响高层框架柱截面尺寸的因素主要来自结构的侧移。高层建筑物由于层多、楼高, 为了保证其具备一定得刚度, 需对建筑物的层位移加以控制, 保证将框架柱截面尺寸控制的一个相对指标在正常使用条件下。限制高层建筑结构层间位移的主要目的有两点。

(1) 保证主结构基本处于弹性受力状态, 从而避免在混凝土柱出现裂缝;同时, 将混凝土梁等楼面构件的裂缝数量、宽度和高度限制在规范允许范围之内。

(2) 保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件的完好避免产生明显损伤。

2 后浇带问题

钢筋混凝土框架结构通常需要设置变形缝来改善由于自身过长及受力不均匀等原因带来的后果。但由于实际工作中设缝处理难度较大, 所以现在越来越多的建筑都改用后浇带来代替原来的变形缝, 即施工之前, 先预留800mm~1000mm左右的缝, 过若干时间后浇混凝土。

后浇带, 又称施工后浇带, 用于解决钢筋混凝土框架的收缩变形问题。后浇带的施工工艺是在接缝时根据接口形式堵头板上装凸条。在后浇混凝土前要进行认真清理、洗刷、凿毛, 对该处的混凝土要振捣密实, 以使混凝土达到设计强度等级标准, 提高自防水能力, 避免渗水现象。

后浇带的施工工艺特性决定了框架结构设计中一般尽量不采用后浇带代替结构缝, 原因有以下三点。

(1) 用后浇带来代替沉降缝, 后浇时间一般为主体结构完工后。基础如果置于压缩模量大的土层或砂土上, 则沉降在后浇混凝土之前已基本处于稳定状态, 这时候采用后浇带代替沉降缝基本是可取的;而倘若基础置于压缩模量较小的土层上, 由于后期沉降量占有一定的比例, 后浇带浇筑后还会继续存在较大的沉降差, 所以这种情况下如果光采用后浇带是不能解决所有问题的, 而需要在结构上采取其他措施来加以辅助解决。

(2) 代替伸缩缝的后浇带的预留的时间一般为几个月, 采用后浇带后, 混凝土浇灌时收缩变形基本上不产生附加应力, 确实能起到很好的作用, 但我们发现, 后浇带在浇灌后至建筑物正常使用阶段后, 由于外界自然温差引起的伸缩仍会产生附加应力, 这就与不设后浇带的情况没什么区别了。

(3) 后浇带处钢筋如果切断, 锚固长度则难以保证, 特别是梁中钢筋较粗, 而后浇带宽一般只有800mm左右, 难以满足规范的锚固要求, 而且所有钢筋在同一截面截断锚固有违规范要求。后浇带处钢筋如果不断, 则混凝土收缩时会产生预应力, 倘若预应力与正常受力方向一致, 则降低了承载力。

3 框架结构抗震设计问题

2008年5月12日汶川发生大地震, 造成了重大人员伤亡和经济损失, 为建筑结构设计的防震设计敲响了预警, 框架结构的抗震设计问题有以下几方面。

3.1 抗震等级的选取

对于乙类建筑, 《建筑抗震设计规范》有规定:地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求, 但是抗震措施 (主要体现为抗震等级) 在一般情况下, 当抗震设防烈度为6度~8度时, 应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求。实际设计中经常发生抗震等级选错的情况, 如:位于8度区的某乙类建筑, 应按9度由建筑抗震设计规范来确定, 为一级抗震等级。

3.2 梁的抗震构造

(1) 梁截面尺寸:为防止梁出现斜裂缝破坏、斜压型脆性破坏等情况, 对框架梁截面尺寸进行设计的时候必须满足以下的要求:梁的截面宽、高比不小于0.25, 且宽度不宜小于200mm, 也不宜小于一半的柱宽;同时应满足梁的高跨比不小于4;梁的最大平均剪应力为0.2倍的混凝土轴心抗压强度设计值之内。

(2) 梁的配筋率:为了保证梁具有一定得伸缩变形能力, 使框架结构具有较好的抗震性能, 梁的配筋率应能使梁端截面的受压区相对高度满足以下要求:一级框架x≤0.25h0;二级框架x≤0.35h0, 同时, 梁的配筋率的配筋率也要控制2.5%以。

(3) 梁的箍筋:为了保证梁有足够的延性, 提高混凝土的极限压应变值, 并防止出现斜裂缝破坏, 在梁中加密封式箍筋, 能较大程度上去提高梁的伸缩变形能力, 箍筋的间距应严格遵照《抗震规范》限制。

3.3 柱的抗震构造

(1) 柱截面尺寸:为避免因柱的平均剪应力太大而产生脆性的剪切破坏。对柱截面尺寸进行设计时应满足以下的要求:柱截面的宽和高均不宜小于300mm, 且高宽比控制在3以内;剪跨比大于2;柱截面的平均剪应力在3N以内。

(2) 柱的配筋率:为了保证柱有足够的延性, 柱中纵向钢筋宜对称配筋, 且柱的最小配筋率必须满足《抗震规范》要求;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, 柱的钢筋保护层逐渐碎落下来, 这时如没有采取足够的箍筋约束, 纵筋就会向外膨曲, 从而导致柱的破坏。配箍率的提高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。

4 结语

钢筋混凝土框架结构在设计中仍有很多需要注意的问题, 我们只有在熟练掌握规范的基础之上, 再结合现场施工技术指标, 去挖掘更多的技术问题, 才能使我国建筑结构设计更上一层楼。

摘要：针对钢筋混凝土框架结构设计, 提出在设计中需要考虑的几个问题和解决对策, 为设计提供一定的参考价值。

关键词：结构计算,后浇带,抗震

参考文献

[1] 罗凌霄.浅谈钢筋混凝土框架结构设计应注意的事项—汶川地震建筑震害启示[J].中国新技术新产品, 2009 (1) :101.

[2] 李新彪.浅谈框架结构后浇带的设计与施工[J].黑龙江科技信息, 2008 (29) :250.