由梁和柱以剛接或鉸接相連接成承重體系的房屋建筑結(jié)構(gòu)

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【摘要】分析民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)體系中梁、柱的截面尺寸、配筋率和梁裂縫寬度的調(diào)整及設(shè)計(jì)中要點(diǎn),供工程設(shè)計(jì)人員參考。
    【關(guān)鍵詞】框架結(jié)構(gòu);配筋率;強(qiáng)剪弱彎
　　
    對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力目前多采用計(jì)算機(jī)輔助軟件來進(jìn)行分析和計(jì)算,但是目前有的工程設(shè)計(jì)人員過分地依賴計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果,而缺少獨(dú)立分析問題、解決問題的能力,致使在一些圖紙中出現(xiàn)不必要的問題,為以后事故的發(fā)生埋下隱患。本文就多層框架電算結(jié)果中梁、柱的配筋調(diào)整和設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)進(jìn)行了分析,希望引起工程設(shè)計(jì)及施工技術(shù)人員的注意。
    一、截面尺寸的選擇
    梁、柱的截面尺寸的選擇是框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提,除應(yīng)滿足規(guī)范[1]所要求的取值范圍,還應(yīng)注意盡可能使柱的線剛度與梁的線剛度的比值大于1,以達(dá)到在罕遇地震作用下,梁端形成塑性鉸時(shí),柱端處于非彈性工作狀態(tài)而沒有屈服,節(jié)點(diǎn)仍處于彈性工作階段的目的。即規(guī)范所要求的“強(qiáng)柱弱梁強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”。
    二、梁、柱的適宜配筋率
    框架梁的配筋在設(shè)計(jì)中應(yīng)掌握“適中”的原則,一般情況下其配筋率宜取0.4%~1.5%,框架柱的全部縱向受力鋼筋的配筋率宜取1%~3%。另外當(dāng)梁端的縱向受拉鋼筋最小配筋率大于2%時(shí),其箍筋的最小直徑應(yīng)增大2mm。但是無論在何種情況下,均應(yīng)滿足規(guī)范[1]所規(guī)定的最大、最小配筋率的要求。
    另外框架梁的縱向受拉鋼筋配筋率,應(yīng)注意規(guī)范[1]與規(guī)范[2]中的區(qū)別:規(guī)范[2]中梁的縱向受拉鋼筋最小配筋率只和框架的抗震等級(jí)有關(guān),而在規(guī)范[1]中梁的最小配筋率除和框架的抗震等級(jí)有關(guān)外,還和混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值與鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的比值有關(guān),所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)依據(jù)規(guī)范[1]來確定梁的最小配筋。
    三、框架柱配筋的調(diào)整
    框架柱的配筋率一般都很低,有時(shí)電算結(jié)果為構(gòu)造配筋,但是實(shí)際工程中均不會(huì)按此配筋。因?yàn)樵诘卣鹱饔孟碌目蚣苤?尤其是角柱,所受的扭轉(zhuǎn)剪力最大,同時(shí)又受雙向彎矩作用,而橫梁的約束又較小,工作狀態(tài)下又處于雙向偏心受壓狀態(tài),所以其震害重于內(nèi)柱。對(duì)于質(zhì)量分布不均勻的框架尤為明顯。因此應(yīng)選擇最不利的方向進(jìn)行框架計(jì)算,另外也可分別從縱、橫兩個(gè)方向計(jì)算后比較同一側(cè)面的配筋,取其較大值,并采用對(duì)稱配筋的原則。為了滿足框架柱在多種內(nèi)力組合作用下其強(qiáng)度要求,在配筋計(jì)算時(shí)應(yīng)注意以下問題:
    1.角柱、邊柱及抗震墻端柱在地震作用組合下會(huì)產(chǎn)生偏心受拉時(shí),其柱內(nèi)縱筋總截面面積應(yīng)比計(jì)算值增大25%。
    2.框架柱的配筋可放大1.2~1.6倍,其中角柱1.4倍,邊柱1.3倍,中柱1.2倍。
    3.框架柱的箍筋形式應(yīng)選用菱形或井字形,以增強(qiáng)箍筋對(duì)混凝土的約束。
    4.對(duì)于二、三級(jí)框架的底層柱底和底部加強(qiáng)部位縱筋宜采用焊接,且當(dāng)柱縱向鋼筋的總配筋率超過3%時(shí),箍筋的直徑不應(yīng)小于58,并應(yīng)焊接。
    另外多層框架電算時(shí)常不考慮溫度應(yīng)力和基礎(chǔ)的不均勻沉降,當(dāng)多層框架水平尺寸和垂直尺寸較大以及地基軟弱土層較厚或地基土質(zhì)不均勻時(shí),可以適當(dāng)放大框架柱的配筋,且宜在縱、橫兩個(gè)方向設(shè)置基礎(chǔ)梁,其配筋不宜按構(gòu)造設(shè)置,應(yīng)按框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì),并按規(guī)范[1]要求設(shè)置箍筋加密區(qū)。
    四、框架梁裂縫寬度、斜截面配筋調(diào)整
    在滿足梁柱的截面尺寸和配筋率的情況下,仍需在計(jì)算配筋后進(jìn)行梁的裂縫寬度的驗(yàn)算和滿足梁端斜截面“強(qiáng)剪弱彎”條件下的梁端配筋調(diào)整。
    1.影響裂縫寬度的因素和調(diào)整的辦法
    框架梁的裂縫寬度驗(yàn)算往往被工程設(shè)計(jì)人員忽視,對(duì)此應(yīng)引起我們的注意。影響裂縫寬度主要因素有兩方面,一是構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí),二是鋼筋的級(jí)別和直徑。由于混凝土等級(jí)與鋼筋的級(jí)別有一定的“依賴關(guān)系”,因此對(duì)于普通的混凝土構(gòu)件,混凝土的高等級(jí)對(duì)減小梁的裂縫寬度影響不大,一般情況下宜采用加大梁的配筋率或增大梁的截面尺寸的方法來減小梁的裂縫寬度。另外需注意在利用計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模中的荷載輸入時(shí),一定要將恒、活載數(shù)值分開輸入,以便進(jìn)行內(nèi)力組合和裂縫寬度的計(jì)算,不要貪圖省事而將恒、活載合并輸入,以防止梁、柱內(nèi)力計(jì)算錯(cuò)誤,致使所繪制的施工圖不能使用。
    2.梁端斜截面的配筋調(diào)整
    框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,宜滿足在地震作用下框架梁的梁端斜截面受彎承載力的規(guī)范要求,即“強(qiáng)剪弱彎”。在具體設(shè)計(jì)和梁配筋調(diào)整時(shí),可采用以下方法:(1)不放大梁端負(fù)彎矩鋼筋而加大梁的跨中受力鋼筋(一般放大1.1~1.3倍);(2)梁端箍筋的直徑可增加2mm;(3)支座處盡量不設(shè)置彎起鋼筋,宜利用箍筋承受支座剪力。
    3.在電算中合理、準(zhǔn)確運(yùn)用彎矩的調(diào)幅
    規(guī)范規(guī)定只有在豎向力作用下梁端彎矩可調(diào)幅,水平力作用下梁端彎矩不允許調(diào)幅,因此在計(jì)算時(shí)必須先將豎向荷載作用下的梁端彎矩調(diào)幅后,再將水平荷載產(chǎn)生的梁端彎矩疊加。在此可采用兩種方法:一是將梁端的固定彎矩調(diào)幅后,再進(jìn)行力矩分配;二是將由力矩分配法算得的梁端負(fù)彎矩直接乘以調(diào)幅系數(shù)。
    五、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的其它問題
    1.在框架結(jié)構(gòu)中不允許采用兩種不同的結(jié)構(gòu)型式,樓、電梯間、局部突出屋頂?shù)姆块g,均不得采用磚墻承重。因?yàn)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)是一種柔性結(jié)構(gòu)體系,而磚混結(jié)構(gòu)是一種剛性結(jié)構(gòu)。為了使結(jié)構(gòu)的變形相互協(xié)調(diào),不應(yīng)采用不同結(jié)構(gòu)混合受力。
    2.加強(qiáng)短柱的構(gòu)造措施:在工程施工過程中頂棚可能要吊頂或其它裝修,甲方為了節(jié)約開支,往往要求柱間填充墻不到頂或者是在墻上任意開門窗洞口,這樣往往會(huì)造成短柱。由于短柱剛度大,吸收地震作用使其受剪,當(dāng)混凝土抗剪強(qiáng)度不足時(shí),則產(chǎn)生交叉裂縫及脆性錯(cuò)斷,從而引起建筑物或構(gòu)筑物的破壞甚至倒塌。所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取如下措施:盡量減弱短柱的樓層約束,如降低相連梁的高度、梁與柱采用鉸接等;增加箍筋的配置,在短柱范圍內(nèi)箍筋的間距不應(yīng)大于l00mm,柱的縱向鋼筋間距≤150mm;采用良好的箍筋類型,如螺旋箍筋、復(fù)合螺旋箍筋、雙螺旋箍筋等。
    3.由于建筑的需要,有時(shí)需要框架梁外挑,且梁下設(shè)置鋼筋混凝土柱。在柱的內(nèi)力和配筋計(jì)算中,有些設(shè)計(jì)人員對(duì)其受力概念不清,誤認(rèn)為此柱為構(gòu)造柱,并且其配筋為構(gòu)造配筋,懸臂梁也未按計(jì)算配筋,這樣有可能導(dǎo)致水平荷載作用下承載力不足,為事故的發(fā)生埋下隱患。實(shí)際上,在結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算中,此柱為偏心受壓構(gòu)件,柱與梁端交接處類似于框架梁、柱節(jié)點(diǎn),應(yīng)考慮懸臂梁梁端的協(xié)調(diào)變形。所以對(duì)于此柱應(yīng)作為豎向構(gòu)件參與結(jié)構(gòu)的整體分析,并且柱與梁端交接處應(yīng)按框架梁、柱的節(jié)點(diǎn)處理。
    4.在計(jì)算單榀框架的內(nèi)力時(shí),應(yīng)注意底層框架柱的計(jì)算高度和箍筋加密區(qū)高度在規(guī)范[1,2]中的區(qū)別:規(guī)范[2]要求底層柱遇有剛性地面時(shí),除上端箍筋加密外,在剛性地面上、下各500mm范圍內(nèi)也應(yīng)加密,而在[1]規(guī)范中規(guī)定除滿足以上條件外,還應(yīng)滿足柱根不小于柱凈高1/3范圍內(nèi)箍筋加密的要求。
    5.在設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)和裙房時(shí),高低跨之間不要采用主樓設(shè)牛腿、低層屋面或樓梯梁擱在牛腿上的做法,也不要用牛腿托梁的方式作為防震縫。因?yàn)樵诘卣饡r(shí)各單元之間,尤其是高低層之間的震動(dòng)情況不同,連接處很容易壓碎、拉斷。因此,凡要設(shè)縫,就要分得徹底,凡不設(shè)縫,就要連接牢固,絕不能似分非分,似連非連,否則很容易在地震中破壞。
    6.填充墻拉筋和預(yù)埋件等不應(yīng)與框架梁、柱的縱向鋼筋焊接,宜采用在柱內(nèi)預(yù)留預(yù)埋件,待砌筑填充墻時(shí)再將拉結(jié)筋與之焊接的施工方法。
    六、結(jié)束語
    只有熟練掌握規(guī)范,并在工程實(shí)踐中不斷總結(jié)、積累,才能使框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理,配筋適宜,滿足“技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量”的要求。
 
[1]中華人民共和國建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.GB50010-2002:中國建筑工業(yè)出版社.2002.
[2]中華人民共和國建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ-89:中國建筑工業(yè)出版社.1989.
[3]趙燕玲.淺析框架結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)的隱患預(yù)控[J].能源技術(shù)與管理.2007.3.