浅析框架结构设计要点

　　摘要：建筑框架结构设计属于建筑结构设计中一种重要的形式。钢筋混凝土框架结构是一种由梁、柱组成的超静定结构体系，在地震、风荷载等作用下需设计成延性结构，以便能很好地吸收和耗散能量，保证结构具有足够的抵抗变形能力，确保结构安全。文章通过对框架结构设计中几个关键问题进行分析总结，并提出相应的应对措施。

　　关键词：混凝土框架结构设计要点

　　在现代建筑设计领域，框架结构设计无论是在保障建筑安全还是在保证建筑外观形态方面都占有重要战略位置。设计框架结构，设计人员应首先判断结构方案的可行性，对可能碰到的问题提前采取措施予以解决，并对所有计算结构认真分析、判断，准确无误后方可应用于实际工程，满足建筑物的结构安全。

　　1基础系梁的设置问题

　　当前建筑框架结构设计在基础梁设置方面的问题主要表现在埋置深度问题。如果基础梁埋置深度过深，则可采用基础系梁的方式减少底层柱的计算长度。若是工程条件符合《建筑抗震设计规范》的规定，同样需要设置基础系梁。同时，依照建筑物的抗震要求，建议沿着两个主轴的方向设置基础系梁，其中所构造的基础系梁的纵向受力钢筋可以取所连接柱的最大轴力设计值的百分之十作为压力或者拉力来加以计算，截面高度可以取连接柱中心距离的1/12～1/15。满足最小配筋率是构造配筋的基本条件，当基础系梁上作用有楼梯柱或者填充墙时传来的荷载时，应该将相应值提升至与所连接柱子最大轴力设计值的10%的叠加。同时，基础系梁截面也应该保持同步的增加，计算出配筋应满足的构造和受力要求。基础系梁顶标高的构造与基础顶标高一样。此外，可以用混凝土将基础梁下面独立基础的锥形斜坡或者台阶之间的空隙部分浇筑，使其与基础项面齐平之后再浇筑基础系梁。如果以基础系梁来进行柱底弯矩的平衡，那么应该按照框架梁来设计配筋和基础系梁的截面尺寸。此时，应该全部拉通拉梁正弯矩钢筋，至少应在1/2跨拉通负弯矩钢筋，基础系梁纵筋的抗震要求、箍筋的加密以及框架柱内的锚固应该与上部框架梁相同，而且此时要在基础梁顶部设置拉梁。总之，若是不设置基础系梁，则可以把混凝土条形作为填充墙的基础;若是设置基础拉梁，则适合在框架柱之间设置，对于不在框架柱之间的墙体可以素混凝土基础。

　　2关于多跨连续框架梁边支座与相应框架柱连接节点的细部设计

　　在地震力作用下，对于超静定结构，重力荷载产生的弯矩分配与框架梁、框架柱之间的相对刚度有关，谁的相对刚度大，谁分配的弯矩就越多。由此得出结论：在设计过程中，将框架梁截面相对做大，从抗震角度来说，对结构整体抗震是有利的，这也符合“强柱弱梁”的设计理念。

　　另外，平时接触的人多数结构设计方案从结构整体上来说采用的是弹性方案，但对于框架梁这一构件来说采用的是弹塑性的分析方法。《高规》确定现浇框架梁端负弯矩调幅系数可取0.8～0.9(设计时一般取0.85)，就是人为降低支座的抗弯承载能力，进而使之出现“塑性铰”，从而提高其变形能力，使地震来临时，结构能够通过形变将能量转化、消耗，达到抗震的目地。

　　因此，笔者得出的结论是框架梁端支座负筋不必放大，而且可适当减小，但跨中设计弯矩一定要满足平衡条件：(Mo为构件按Z简支计算得出的跨中弯矩)。相反，如果要放大支座钢筋，配筋多少则需视对应框架柱的配筋情况而定，以防止“塑性铰”出现在框架柱上。

　　3框架结构设计中基础部分的设计要点

　　在设计框架结构中，当柱下扩展基础宽度较宽或地基不均匀及地基较软时，一般采用柱下条基，并考虑节点处基础底面积双向重复使用的不利因素，适当加宽基础。建筑地段较好，基础埋深大于3m时，在设计时建议在建筑底部做地下室。当地基承载力满足设计要求时，地下室底板可不再外伸以利于防水。每隔30m～40m设一后浇带，两个月后再用微膨胀混凝土浇注。设置地下室可降低地基的附加应力，提高地基的承载力，减少地震作用对上部结构的影响。但在设计过程中对影响整体建筑的结构安全时，应不设局部地下室，且地下室应有相同的埋深。地下室外墙为混凝土时，相应的楼层处梁和基础粱可取消。抗震缝、伸缩缝在地面下则可不设，但连接处应加强，但沉降缝两侧墙体基础一定要分开。如果旁边有新建建筑物，在基础不宜深于周嗣已有基础，如深于原有基础，其基础间的净距应不少于基础高差的2倍，否则应打抗滑移桩，防止原有建筑的破坏。建筑层数相差较大时，应在层数较低的基础方格中心的区域内垫焦碴来调整基底附加应力。同时独立基础偏心不能过大，必要时可与相近的基础做成柱下条基。柱下条形基础的底板偏心不能过大，在必要时也可做成三面支承一面自由板(类似筏基中间开洞)。两根柱的柱下条基的荷载重心和基础底板的形心宜重合，基础底板可做成梯形或台阶形，或调整挑梁两端的出挑长度。独立基础的拉梁宜通长配筋，其下应垫焦碴。底层内隔墙一般不用做基础，可将地面的混凝土垫层局部加厚。此外考虑到一般建筑沉降为锅底形，结构的整体弯曲和上部结构与基础的协同作用，顶、底板钢筋应拉通，且纵向基础梁的底筋也应该拉通。基础底面积不应因地震附加力而过分加大，否则地震下安全了而常规情况下反而沉降差异较大，出现本末倒置现象。

　　4结构柱部分的设计

　　建筑物结构设计时如上部结构柱设计成圆柱时，地下部分应改为方柱，以方便施工。圆柱纵筋根数最少为8根，箍筋用螺旋箍，并注明端部应有一圈半的水平段。方柱箍筋应使用井宁箍，并按规范加密。角柱、楼梯间柱应增大纵筋、并全柱高、加密箍筋。原则上柱的纵筋宜大直径、大间距，但间距不宜大于200。柱内埋管，管截面面积占柱截面4%以下时，可不必验算。柱断面不宜小于450×450，混凝土不宜小于C25，否则梁纵筋锚人柱内的水平段不容易满足0.45La的要求，不满足时应加横筋;否则在梁柱节点处钢筋太密，会导致混凝土浇筑困难。异型柱结构，梁纵筋一排根数不宜过多，柱端部纵筋不宜过密，否则节点混凝土浇筑困难。当有部分矩形柱部分异型柱时，应注意异型柱的刚度要和矩形柱相接近，不要相差太大。柱应尽量采用高强度混凝土来满足轴压比的限制，以减小断面尺寸。同时要尽量避免使用短柱，短柱箍筋应全高加密，短柱纵筋不宜过大。独立柱上或柱的中部(半层处)有挑梁时，挑梁长度应有限制。此外考虑到竖向地震作用，柱子的轴压比及配筋宜留有余地。

　　5框架结构的梁柱的配筋计算

　　5.1框架梁的配筋

　　对梁纵向钢筋的配筋率为0.5%～1.5%较为适宜，在配筋率一定时，用较细的钢筋可以增加混凝土的握裹面积，可减小梁的裂缝宽度，增大配筋率是减小梁裂缝的最直接方法，但是只提高混凝土的强度等级对梁裂缝的影响就较小。

　　在地震作用下，为满足强剪弱弯，就应做到梁端斜截面受剪承载力高于正截面受弯承载力，在具体设计时，可将梁端负弯矩筋乘以系数0.85～1.0，梁中正弯距乘以1.1～1.3，梁端箍筋的直径可增2mm。

　　5.2框架柱的配筋

　　框架柱的配筋一般都较低，电算结果往往都是构造配筋，由于抗震上强柱弱梁的要求，也就是要适当增大柱的配筋而减小梁的配筋，可见，柱子承担的责任最大。为了保证在地震时柱在最后失效，必须设计成强柱弱梁，人为把梁设计成相对薄弱的环节，使其破坏在先以最大限度地减少可能出现的损失。若把梁、柱同等看待，让他们都强，则可能会造成同时破坏，后果会更糟糕，损失会更大。所以，在电算时一些参数的调整十分重要，对框架柱的纵向配筋结果一般可以乘以1.2～1.6，柱箍筋的直径宜增2mm，其中角柱大些，边柱次之，中柱可小一些，柱箍筋的形式宜采用井字形，以增强箍筋对混凝土的约束，箍筋的重叠不宜多于两个箍筋。

　　6结语

　　框架结构是由楼板、粱、柱及基础4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。在合理的高度和层数的情况下，框架结构能够提供较大的建筑空间，其平面布置灵活，可适合多种工艺与使用功能的要求。但是，在框架结构的设计中，仍然存在着一些概念性和实际性的问题需要设计人员予以重视，以确保设计质量的提高。

　　参考文献：

　　[1]中国建筑科学研究院，等.建筑结构荷载(GB50009-2001)[M].中国建筑工业出版社，2002.

　　[2]李哲明.对框架柱配筋的意见[J].建筑结构，1995，34(3)：309～313.