西南交结构抗震及高层建筑第七章

西南交《结构抗震及高层建筑》第七章框架结构设计拓展资源
本次拓展资源介绍了王光友在《结构设计与研究应用》上发表的文章《浅谈框架结构设计中的几点经验》，该文根据多年的设计经验#依据规范#对钢筋混凝土框架结构电算结果的人工调整及配筋问题进行了初步探讨，并提出了相应的设计建议。

正文如下：
0. 前言
钢筋混凝土框架结构是由楼板、梁、柱及基础4种主要承重构件组成，由框架梁、柱与基础构成平面框架，各平面框架再由连续梁连接起来，形成的空间结构体系。

在规范允许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，其平面布臵灵活，可适合多种工艺与使用功能的要求，已广泛应用于各种民用建筑及多层工业厂房和仓库中。

1. 现浇板的截面及配筋
1.1 截面尺寸确定
现浇楼板的截面尺寸应由设计计算确定,除应满足承截力、刚度、裂缝控制的要求外，还应满足使用要求（包括防火要求）、施工方便及经济要求。

以双向板为例，设计人员可以先根据：1）最小板厚≥80mm；2）板的厚度与跨度比值（h/l1），l1为双向板短跨的计算长度：简支双向板≥1/45；连续双向板≥1/50；对跨度>4m的板应适当增加板厚；3）作用于板上的总荷载设计值等要求。

确定板厚，经计算满足设计要求，且配筋率在0.4 ~ 0.8%经济配筋率范围内，此时板的截面尺寸合适，不需调整。

1.2 现浇板的配筋
现浇楼板的配筋应由计算确定（当板厚≤150mm受力筋配筋间距不宜大于200mm）同时应满足构造配筋率要求，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）对此提出了具体要求。

这里以ɸ8钢筋（HBP235）为例，算出C20，C25，C30三种强度等级混凝土的现浇板不同板厚的最小配筋率：（p取0.2%和45ft/fy%中较大值）。

2. 框架梁、柱截面尺寸的人工调整
设计人员先根据经验及规范要求初步确定框架梁、柱的截面尺寸，然后将初步确定的构件尺寸及有关信息输入计算机进行试算，一般可分成三步：一是部分梁&柱仅为构造配筋，此时，可根据电算显示的梁的裂缝宽度和柱的轴压比适当减小梁、柱的截面尺寸再试算；二是部分梁超筋或裂缝宽度大于0.3mm，部分柱的轴压比超过规范规定限度或配筋率过大，此时，可适当放大这部分梁、柱的截面尺寸再算；三是梁、柱的配筋在规范规定的范围内且配筋率在经济配筋率范围内#此时梁、柱的截面尺寸合适，不需调整。

3. 框架梁&柱配筋的人工调整
3.1 框架梁配筋人工调整的目的是解决梁的裂缝宽度超限和满足“强剪弱弯”的原则。

1）裂缝宽度超限问题。

以矩形截面梁为例进行说明。

由《混凝土结构设计规范》
（GB50010-2002）中梁的最大裂缝宽度计算公式)08.09.1(max te eq s k cr P d c E s W +=σψα，梁的最大裂缝宽度W max 与梁配筋率P te 、纵向受拉钢筋直径d eq 、混凝土轴心抗拉强度标准值f tk 有直接关系。

可以看出，在P te 一定时，选用小直径的钢筋以增加混凝土的握裹面积，可以减小梁的裂缝宽度；在d eq 一定时，增大配筋率可以减小梁的裂缝宽度，提高混凝土的强度等级，亦可减小梁的裂缝宽度，但影响较小；当裂缝宽度超限时，首先在配筋面积不变的前提下，可用小直径的钢筋替换大直径钢筋进行验算，如裂缝宽度仍然超限#就应增大梁的配筋和混凝土强度等级，或加大梁的截面尺寸，调整至满足规范要求。

以某工程中的一榀框架梁为例，该榀框架梁计算跨度7.8m ，截面尺寸300×750，混凝土强度等级C30，梁纵筋为HRB400级，箍筋为HPB235级，环境类别一类，由规范可知W max =0.3mm ，经计算，该榀框架梁跨中最大弯矩Mmax =-342.7kN.m ，计算配筋面积
AS=1461mm 2，下部配4Φ22（AS=1521mm 2）裂缝宽度W max =0.39mm ，不满足规范要求，需要进行调整，有以下几种调试方式：
（1）选用较小直径钢筋：选用6Φ18（AS=1527mm 2），W max =0.39mm ，不满足要求；
（2）提高混凝土强度等级：采用C35混凝土，4Φ22（AS=1521mm 2），W max =0.37mm ，不满足要求；
（3）增大梁的配筋率：选用5Φ22（AS=1901mm 2），W max =0.27mm ，满足要求。

因此，该榀框架梁下部实配钢筋为5Φ22，如果框架梁裂缝宽度超过限值%不经过调整就出施工图，工程必然存在安全隐患。

2）“强剪弱弯”原则，框架结构设计中应力求做到，在地震荷载作用下，框架的梁端斜截面受剪承载力高于正截面受弯承载力，即“强剪弱弯”， 为保证这一点，可做以下几项调整：（1）适当增大梁端截面；（2）适当增大梁端箍筋直径，加密箍筋间距；（3）加大梁跨中受拉钢筋，可适当放大1.1 ~ 1.2倍；
3.2 框架柱配筋的人工调整
地震作用下的框架柱，尤其是角柱和大柱网的边柱，一般均处于双向偏心受压状态，而有的电算程序是按两个方向分别为单向偏心受压的平面框架计算配筋，从而导致框架柱的配筋率偏低，一般按构造配筋进行，这显然不合理。

为保证“强柱弱梁”的原则，框架柱配筋应做如下调整：（1）选择最不利的方向进行框架计算，也可两个方向均进行计算后，取较大值方向的配筋，并采用对称配筋；（2）采用PKPM 系列中的TAT 软件进行双偏压验算；
（3）将框架柱的配筋放大1.2 ~ 1.4倍，其中角柱放大一般≥1.3倍，边柱放大一般≥1.2倍，中柱放大一般≥1.1倍；（4）选择#字形或菱形的框架柱箍筋形式，以增强箍筋对混凝土的约束，提高柱的抗压能力，框架柱箍筋直径也可以比梁的箍筋直径增加2mm ，这些都可以有效地提高柱子的抗剪能力；（5）由于多层框架电算一般不考虑温度应力和基础不均匀沉降问题，当多层框架柱网尺寸较大，以及地基为软弱土层或地基土层不均匀时，可适当再放大框架柱的钢筋。

3.3 框架节点配筋率的人工调整
对于框架梁下部纵筋是否伸入支座，许多设计者将框架梁下部纵筋不加区别地统统伸人支座，这种做法是不合理的。

抗震设计的基本原则是“强柱弱梁”，地震发生时，为了达到推迟柱塑性铰出现、控制塑性铰出现在梁端而不是柱端，防止出现柱铰机构，以保证整体的结构安全，需要对梁端部纵筋配筋率加以控制，正是基于这一点，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）对梁端上部纵向钢筋的最大配筋率和框架柱的最小总配筋率提出了限值。

因此，在满足受力要求和构造要求的前提下，将部分不需要的梁下部钢筋在支座外断开，可使结构合理，避免节点区钢筋过多)过密%减轻节点区的负担%保证工程质量。

当然钢筋断开
数量应符合《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）的有关规定，其截断点距支座边的距离一般取0.05ln（ln本跨框架的净跨值）。

4. 结束语
只有熟练掌握规范并在工程实践中不断总结、积累，才能使框架结构设计更加合理，配筋适宜，满足“技术先进、经济合理、安全适用、确保质量”的要求。