对框架结构设计中应注意的问题的探讨

2022-09-10

1 框架结构中结点和梁端钢筋过密的问题

因结构计算的要求, 框架结构的结点及梁端部的钢筋过密, 施工时绑扎钢筋振捣混凝土困难, 容易发生以下病害: (1) 钢筋间距太小, 不符合构造要求, 甚至多根钢筋并排放置, 钢筋与混凝土之间的粘结强度不能保证, 不能发挥钢筋的抗拉强度; (2) 结点核芯处钢筋纵横交错, 混凝土振捣困难, 容易在核芯区形成蜂窝和孔洞; (3) 梁端上部钢筋较密, 阻止保护层上的混凝土自由下沉, 在上部钢筋处形成通长裂缝。

针对以上三种病害, 设计时应注意采取以下措施: (1) 对梁断面进行合理设计, 保证梁的上部纵向钢筋的净距不小于30mm和1.5d (d为钢筋的最大直径) , 下部纵向钢筋净距不小于25mm和d。当钢筋为两排设置时, 上下排钢筋必须避免交错; (2) 对竖向荷载作用下的梁端负弯矩可考虑塑性内力重分布予以降低, 预制叠和梁结构的调幅值不大于30%, 现浇框架不大于20%, 这样不仅可以减少梁端配筋数量, 达到方便施工, 保证质量的目的, 而且可以保证梁端的延性, 以满足强柱弱梁的设计要求; (3) 根据规范规定框架结构的剪力主要依靠箍筋和混凝土承担, 一般不设弯起钢筋, 这样也可以减少结点和梁端部位的钢筋数量; (4) 施工时, 在钢筋制作和绑扎过程中, 受力钢筋尽量均匀布置, 保证钢筋间距满足构造要求, 尤其是在多肢箍筋的梁中, 一定要先确定主筋的位置, 再确定箍筋的几何尺寸。

2 现浇框架柱、梁、板的混凝土强度等级的问题

现浇框架结构中, 设计时从构件的结构重要性和受力特征、经济上来看, 往往把梁、柱、板的混凝土采取不同的等级, 但从实际情况看, 弊多利少容易出现下列问题: (1) 1个浇筑平面内出现3种强度等级的混凝土, 增加了施工难度, 延长了施工工期, 而且很可能由于施工管理不善, 会出现低强度等级的板浇筑了高强度混凝土, 而高强度等级的梁或结点处浇筑了低强度混凝土, 造成了质量隐患; (2) 会造成一块楼板上四周设置施工缝、梁端部设置施工缝等不正确的施工工艺, 处理不当, 不但增加施工难度, 而且造成质量隐患。因此, 设计时应注意: (1) 现浇框架的梁、柱和板的混凝土最好采用统一的强度等级, 以简化施工工艺, 保证施工质量; (2) 柱采用一种混凝土强度, 梁和板采用另一种混凝土强度, 只在结点处采用特殊措施, 比如用铁丝网分割、梁侧面增加水平构造钢筋及其它施工措施, 以确保结点处混凝土等级达到柱的混凝土强度、防止梁柱结点周围裂缝的产生。

3 钢筋混凝土保护层厚度取值的问题

混凝土保护层的作用是保护钢筋不发生锈蚀, 并保证钢筋的粘结锚固性能, 直接影响构件的耐久性和钢筋的受力性能, 但由于设计人员的不重视, 常会出现以下问题: (1) 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; (2) 主梁与次梁交叉处、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; (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: (1) 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; (2) 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: (1) 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+d1 (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。 (2) 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。

4 框架结构抗震构造措施问题

4.1 梁的抗震构造

(1) 梁截面尺寸:为了防止梁发生斜裂缝破坏、斜压型脆性破坏, 框架梁截面尺寸必须满足如下要求:梁的截面宽度与高度之比为b/h≥0.25, 且b不宜小于200mm。也不宜小于1/2柱宽;同时应满足高跨比ln/h≥4;梁最大平均剪应力为V/bh0≤0.20fc (其中, b, h, h0分别为梁截面宽度、高度、有效高度;V为梁端组合剪力设计值;fc为混凝土轴心抗压强度设计值) 。 (2) 梁的配筋率:为了保证梁的变形能力。使框架结构具有较好的抗震性能, 梁端纵向受拉钢筋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, 纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%。 (3) 梁的箍筋:为了保证梁有足够的延性, 提高塑性铰区压区混凝土的极限压应变值, 并防止在塑性铰区内最终发生斜裂缝破坏, 在梁端纵筋屈服范围内加密封闭式箍筋, 对提高梁的变形能力十分有效。同时, 为了防止压筋过早压曲, 应严格遵照《抗震规范》限制箍筋的间距。 (4) 梁内纵筋锚固:在反复恒载作用下, 在纵向钢筋埋入梁柱节点的相当长度范围内, 混凝土与钢筋之间的粘结力将发生严重破坏, 因此应注意在地震作用下框架梁中纵向钢筋的锚固长度一般应比《混凝土结构设计规范》中所规定的受拉钢筋基本锚固长度大。

4.2 柱的抗震构造措施

(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:柱截面的长边应小于柱净高的1/4, 且柱截面的宽度不宜小于300mm;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3 N/m m 2。 (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;纵向钢筋的接头, 一级框架应采用焊接接头;二级宜采用焊接接头, 而底层柱根应焊接;三级可采用搭接, 而底层柱根宜焊接;直径大于32 mm的钢筋必须采用焊接。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》对框架柱的箍筋构造要求。