摘要: 本文通過工程實例，闡述了在民用建筑鋼筋混凝土框架結構設計中應注意的問題及設計要點。 

　　關鍵詞: 鋼筋混凝土框架；民用建筑；結構設計；加強處理 

　　1 工程概況 

　　該工程是一幢底層商業(yè)網(wǎng)點的單元式住宅樓，建筑面積8994m2，建筑層數(shù)為6.5層，總高度23.5m,建筑占地1260m2,詳見附圖1, 附圖 2結構平面圖。工程自然備件：基本風壓0.75KN/ m2,抗震設防烈度6度,框架梁柱的抗震等級為：四級，地基承載力(本工程所選持力層)特征值300KPa。 

　　2 結構選型 

　　建筑物的結構設計,不僅要求具有足夠的承載力,而且必須使結構具有足夠抵抗側力的剛度,使結構在水平力作用下所產(chǎn)生的側向位移限制在規(guī)定的范圍內(nèi),基于這個原理,本工程綜合分析了結構的適用、安全、抗震、經(jīng)濟、施工方便等因素,選取了圖1、圖2所示的框架結構體系,由鋼筋混凝土框架承擔豎向力和側力。鋼筋混凝土框架剛度布置相對比較均勻,在滿足建筑功能情況下,盡量減少平面扭轉對結構的影響。 

　　由于該工程體型相對簡單,荷載較均勻,且樁端下不在軟弱下臥層,樁型為端承摩擦樁,所以該工程只在±0.000以上19軸與20軸間設100mm寬的防震縫,同時兼作伸縮縫。 

　　3 樓蓋設計 

　　工程選用的是主次梁樓蓋,主次梁樓蓋雖然存在著結構高度較大和模板安裝制作比較復雜的問題,但卻具有下列優(yōu)勢: 

　　(1)樓蓋混凝土折算厚度最小,自重最輕； 

　　(2)開間大,房間布局靈活； 

　　(3)承載力大； 

　　(4)對結構整體剛度的貢獻比平板和雙向密肋樓蓋要大得多。 

　　3.1 板厚取值 

　　現(xiàn)澆樓蓋中,板的混凝土用量約占整個樓蓋的50~60%,板厚的取值對樓蓋的經(jīng)濟性和自重的影響較大,在滿足板的剛度和構造要求的前提下,應盡量采用較薄的板,雙向板的最小板厚度為80mm,板的厚度與跨度的最小比值:四邊簡支板為1/40,連續(xù)板為1/50。工程最大板跨為5m,其余板跨均小于4m,考慮到工程為住宅樓,板內(nèi)有埋機電暗管,因此小于4m的板跨板厚也取100mm,5m板跨板厚取140mm。 

　　3.2 板的配筋 

　　板的配筋主要對板中某些不合理的配筋進行調整,如工程衛(wèi)生間,陽臺處,標高都為H-0.05m。PKCAD配筋時一般對負筋在板有高差情況下也通長配筋。 

　　3.3 支座負筋直徑的取值 

　　對于工程的設計,一般板厚都≥100mm根據(jù)簡支板現(xiàn)行混凝土結構設計規(guī)范給出的最小構造支座負筋為φ8@200,這與舊規(guī)范所給的φ6@200相比要合適一些,因為φ6@200的筋太軟,鋼筋架易被踩蹋,致使負筋的有效高度很低而發(fā)揮不了構造負筋的作用。φ8鋼筋雖比φ6鋼筋要好些,但如不采取加固措施,也同樣易產(chǎn)生構造負筋變位。 

　　4 梁設計 

　　隨著我國城市經(jīng)濟的迅速發(fā)展,大量建筑的興建,設計人員根據(jù)建筑功能和環(huán)境條件有目的的選擇主次梁樓(層)蓋的設計方案也隨之增多，同時，也應考慮在主次梁樓蓋設計中應怎樣合理布置柱網(wǎng)的綜合效益最好?究竟應該選擇短跨為主梁還是選擇長跨為主梁?在框架梁的彈性受力分析和承載力計算時,是否應該考慮現(xiàn)澆板的共同工作效應?如何有意識地對端跨進行調整會更有利?下面結合本工程從概念設計的角度作粗淺的分析,以利于本工程的優(yōu)化設計和為將來設計積累經(jīng)驗。 

　　4.1 如何合理布局主次梁與柱網(wǎng) 

　　從廣義講是樓面荷載通過板傳給次梁,再由次梁通過受彎傳給主梁,最后由主梁傳給柱子。在支承和傳遞荷載的過程中,主次梁的變曲變形△I及它們各自承擔的彎矩M與其自身跨度的平方成正比,而與彈性模量E和彎曲平面內(nèi)截面慣性矩Io成反比,另一方面,從設計要求來分析,建筑功能要求主次梁所占的結構空間高度越小越好。 

　　因此,本工程做主次梁樓蓋的柱網(wǎng)布置時考慮上述影響優(yōu)先選擇的柱網(wǎng)是矩形以短跨為主梁,長跨為次梁,而且短跨與長跨的比例應小于0.75比較經(jīng)濟,工程一般比較常取0.65~0.7,這樣設計出來的主次梁截面高度能協(xié)調一致,從而保證樓蓋的結構高度最小。另一方面,從工程的使用功能和建筑美學方面考慮,主梁的布置是依據(jù)房間布局而定的。 

　　在正常使用荷載作用下，本工程采取以短跨主梁截面尺寸為300mm×600mm,次梁截面尺寸為200mm×400mm，現(xiàn)澆板厚為100mm的設計。 

　　4.2 現(xiàn)澆板的考慮 

　　在水平荷載作用下,通過框架梁和現(xiàn)澆板的共同受彎來約束柱頂?shù)霓D動,使柱子產(chǎn)生自上而下的反彎曲,從而形成樓架作用。由于梁板的共同作用, 不僅提高了框架梁的截面剛度,還提高了梁端負彎矩承載能力。因此設計工程時特別注意了下列問題: 

　　(1)框架彈性受力分析時框架梁的合理截面形式 

　　在進行整體現(xiàn)澆梁板分析時,為計算方便,把框架梁簡化為矩形截面與無樓板或預制樓板的空框架一樣計算,很顯然這與現(xiàn)澆梁板框架結構的實際性能不符。 

　　在垂直荷載作用下的梁端負彎矩計算值偏大,而跨中正彎矩值卻偏小等。所以,設計時根據(jù)整體現(xiàn)澆梁板共同工作的特性和原理,按規(guī)范規(guī)定的有效翼緣寬度,將現(xiàn)澆板作為框架梁的翼緣,共同參與彈性受力分析。 

　　(2)梁端負彎矩鋼筋的合理分布范圍 

　　對作為框架梁翼緣的現(xiàn)澆板內(nèi)與梁肋平行的鋼筋參與梁端正截面抗彎承載力工作的問題,在《混凝土結構設計規(guī)范》(CB50010-2002)和《建筑抗震規(guī)范》(GB500-2001)（2008年版）中都未很明確的規(guī)定。 

　　所以,設計時按矩形截面進行極限承載力計算所需的梁端負彎矩鋼筋與無現(xiàn)澆板的空框架梁一樣布置在梁筋頂部的寬度范圍之內(nèi),而翼緣板內(nèi)平行于梁肋的鋼筋則按現(xiàn)澆板的受力或構造要求設計布置,這無形之中增加了梁支座處負彎矩鋼筋的配筋量,導致負屈服彎矩的相應提高,由于作為梁翼緣板內(nèi)平行梁肋的鋼筋參與梁端抗彎承載力的工作,支座處的負屈服彎矩明顯要比無翼緣矩形梁的負屈服彎矩提高,這時裂縫可能不會出現(xiàn)在框架梁上而先在柱上出現(xiàn)塑性鉸,形成強梁弱柱現(xiàn)象。 

　　為實現(xiàn)“強柱弱梁”的設計目的,保證在罕遇地震時,能很快地在梁端附近出現(xiàn)塑性鉸線,形成具有延性的結構體系。應將按設計荷載,地震作用計算所需的梁端彎矩鋼筋合理地分布在梁肋及其有效的翼緣寬度范圍之內(nèi)。 

　　至于多少有效翼緣寬度內(nèi)的鋼筋可以被考慮,共同參加梁支座正截面的抗彎工作也暫時沒有定論。根據(jù)經(jīng)驗取梁每側6倍板厚范圍內(nèi)的板上,下鋼筋參與共同抗彎。 

　　在工程設計時為保證以上4.2.1,4.2.2兩點的共同作用,梁端彎矩在SATWE程序的調整信息下進行調整,梁端彎矩的調幅系數(shù)取0.8~1.0。 

　　(3)梁跨中彎矩的取值 

　　在工程的設計過程中未考慮活荷載的不利分布,而僅按滿布計算,考慮該工程層數(shù)只有6層,可通過調整跨中彎矩增大系數(shù)來加大梁的跨中彎矩,以達到考慮活荷載不利分布影響的目的,彎矩增大系數(shù)的取值范圍為1.0~1.3對于考慮活荷載不利分布的各層,此系數(shù)不起作用。 

　　(4)梁扭矩折減工程的現(xiàn)澆樓板采用剛性樓板假定。 

　　這時宜考慮樓板對梁抗扭的作用而對梁的扭矩進行折減,折減系數(shù)一般為0.4~1.0對于工程折減系數(shù)取0.4。若考慮樓板的彈性變形,梁的扭矩不應折減。 

　　(5)梁剛度增大 

　　主要考慮現(xiàn)澆樓板對數(shù)值的作用,樓板和梁連成一體按照“T”形截面梁工作,而計算時梁截面取矩形,因此可將現(xiàn)澆樓面中梁的剛度放大,通常現(xiàn)澆樓的邊框梁取1.5,中間框架梁取2.0。 

　　4.3 關于次梁受力 

　　工程所用的設計軟件PK引入了構件的內(nèi)力大小與其剛度成正比,并由變形協(xié)調條件確定。根據(jù)空間三維分析,次梁不再像平面框架分析方法中那樣作為荷載加到主梁上,而是與主梁共同作用。 

　　其次從結構中可以看出,局部結構布置較復雜,主次梁有時很難確定,梁的支座和跨長也就很難確定,只能根據(jù)剛度條件來計算其實際受力狀況,不過,大多數(shù)情況下,對于框架梁,一般以柱間距為一跨這與平面框架分析是―致的,但對于非框架梁,應從一榀框架梁到另一榀框架梁之間為一跨。 

　　4.4 主次梁相交導致后果 

　　主次梁相交時,當主梁兩側的次梁跨度相差過大而在主梁中引起的扭矩以及次梁邊跨與主梁相交在主梁中引起的扭矩往往容易被忽視,其后果將導致建筑結構的可靠程度降低,留下事故隱患,甚至誘發(fā)安全事故。 

　　因此結構設計中慎重考慮主次梁相交在主梁中引起扭矩的作用。根據(jù)扭矩的大小采取構造抗扭措施,或通過計算來進行梁的抗扭設計,而不要隨意把次梁兩端假定為鉸支來考慮忽視扭矩的作用。 

　　4.5 箍筋加密 

　　工程抗震設計,框架梁的梁端1.5~2h(h為梁高)范圍內(nèi)箍筋需要加密,這是為了使梁端可能產(chǎn)生塑性鉸的區(qū)域有較好的延性,這是抗震設計的構造要求。顯然,構件除了要滿足抗震構造要求外,還需保證在受力狀態(tài)的安全,如梁還應滿足豎向荷載作用(或與水平荷載組合作用)下抗剪承載力的要求,以此確定抗剪箍筋的數(shù)量。 

　　但工程所用的PK軟件只輸出框架梁端(節(jié)點)處的剪力和箍筋面積,梁其余部分的剪力和箍筋面積的變化情況不得而知,導致用程序計算時在加密區(qū)1.5~2h長度內(nèi)滿足梁端部受力和構造要求(如箍筋間距為100),而在非加密區(qū)(1.5~2h以外)范圍內(nèi)的箍筋數(shù)量則按加密區(qū)數(shù)量50%（如間距200)配置,本人認為這是不安全的,框架梁的剪力,在豎向均布荷載作用下,剪力反對稱,若中間的箍筋數(shù)量按加密區(qū)數(shù)量的50%配置,則加密區(qū)的長度至少需要L/4（L為梁長)。 

　　5 結語 

　　由工程的結構設計看；我們可以看到,地震作用比較復雜,我們應從結構的整體著眼,針對一些薄弱環(huán)節(jié)，集中部位,連接節(jié)點,對抗側力構件等進行加強處理。