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【摘 要】针对钢筋混凝土框架结构设计中常出现一些问题:抗震计算、混凝土强度等级、轴压比限值等问题进行初步分析,从而提高和保证主体结构的质量。
【关键词】钢筋混凝土;框架结构;结构设计
Reinforced concrete frame the design of the structure discussion and analysis
Shen Hai-yan
(Shangdong provincehospital of the metallurgy design Co., Ltd.Jinan Shangdong 250000)
【Abstract】Aim at to often appear some problem in the structure design of the reinforced concrete frame:Anti- earthquake calculation, the concrete strength grade, stalk press ratio limit value etc.'s problem to carry on first step analysis, thus exaltation and assurance corpus structure of quality.
【Key words】Reinforced concrete;Frame structure;Structure design
随着经济的高速发展,我国钢筋混凝土框架结构发展迅速,框架结构体系在结构设计中应用甚广,同时,对于钢筋混凝土框架结构设计常出现一些问题却往往被忽视,给工程质量留下隐患。现结合自己的实际经验,对以下一些问题进行探析。
1. 结构抗震设计中的常见问题
1.1 抗震等级的选取。对于乙类建筑,建筑抗震设计规范3.1.3.2规定:地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求,但是抗震措施(主要体现为抗震等级)在一般情况下,当抗震设防烈度为6度～8度时,应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求。实际设计中经常发生抗震等级选错的情况,如:位于8度区的某乙类建筑,应按9度由建筑抗震设计规范表6.1.2确定,为一级抗震等级。
1.2 6度抗震建筑仍宜进行抗震计算。建筑抗震设计规范第5.1.6条规定:6度时建筑(建造于类场地上较高的高层建筑除外),以及生土房屋和木结构房屋等,应允许不进行截面抗震验算,但应符合有关的抗震措施要求。
在该条的条文说明中说明:“较高的高层建筑”指诸如高于40米的钢筋砼框架、高于60米的其他钢筋砼民用房屋和类似的工业厂房,以及高层钢结构房屋,其基本周期可能大于类场地的设计特征周期Tg,则6度的地震作用值可能大于同一建筑在7度类场地上的取值,此时仍需进行抗震验算。
但高规(适用与10层以上或房屋高度超过28米的非抗震设计和设防烈度为6至9度抗震设计的高层民用建筑结构)明确指出鉴于高层建筑比较重要且结构计算软件应用较为普遍,因此规定6度抗震设防时也应进行地震作用计算。我认为高规中的规定可取,依据震害调查,特别是5.12四川大地震的发生,大部分建筑倒塌的原因是没有抗震构造措施,或抗震构造措施不到位。
2. 高层建筑的底部框架梁、柱混凝土强度等级不同的问题
2.1 产生原因。首先,为了满足柱轴压比的要求,同时又要满足控制柱截面的要求,高层建筑柱砼强度等级高于梁板砼强度等级。而对于以受弯为主的楼层梁板,高强度等级砼对其抗弯承载力贡献不明显;同时,从砼规范对板类配筋构件的配筋率规定(ρmin=0.45ft/fyv且不小于0.20%)可知,配筋率与砼强度成正比,过高的砼强度等级会使配筋量增多,既不经济也不合理。其次,高强度等级砼对构件承受非荷载应力(混凝土收缩应力、温度应力等)不利,宜产生收缩裂缝。所以规范规定现浇框架的砼强度等级不宜高于C40,在实际工程设计中的楼盖砼强度等级采用 C20～C35。由此可见,高层建筑混凝土框架结构的柱砼设计强度高于梁板的设计强度必然存在,而且随着建筑物高度的增大,两者的设计强度差距会越大。
2.2 处理措施。高层建筑混凝土结构技术规程第13.5.7条规定 :当柱混凝土设计强度高于梁、楼板的设计强度时,应对梁柱节点混凝土施工采取有效措施。在结构设计方面:对高层建筑混凝土结构的竖向和水平构件的混凝土强度要进行合理取值。(1)整个工程的竖向构件混凝土强度等级种类不应过多,且与竖向构件截面的变化要错层 同步;(2)水平构件的混凝土强度等级取值要符合规范要求,尽可能与竖向构件相匹配,使实际施工简单化,尽量减少梁柱节点单独浇筑混凝土。
3. 构造方面的若干问题
3.1 框架梁的通常面积配筋率ρsv不满足规范要求。
混凝土结构设计规范11.3.9明确规定了最小面积配筋率,容易被忽视。如:二级框架,250mm×500mm,C40,非加密区箍筋8@200,四肢箍要求ρsv≥0.28ft/fyv=(0.28×1.71)/210=0.00228,实际ρsv=(50.3×4)/(250×500)=0.00161<0.00228,不满足设计规范。
3.2 抗震设计的框架梁,梁端箍筋加密不满足规范要求。处于三向受压状态下的砼,不仅可提高其受压能力,还可提高其变形能力。规范规定梁端箍筋加密,目的是从构造上对框架梁塑性铰区的受压混凝土提供约束,并约束纵向受力钢筋,防止纵向受力钢筋在保护层剥落厚过早压屈,以保证梁端具有足够的塑形铰转动能力。设计中经常碰到梁端纵向受拉筋配筋率大于2%的情况,往往不注意砼结构设计规范11.3.6.3的规定,导致箍筋直径偏小。如:某二级抗震的框架梁,梁端纵向受拉筋配筋率为2.15%>2%,梁端加密区箍筋直径应至少为10mm。
框架梁加密区箍筋肢距不满足规范要求 。如:宽300mm框架梁,箍筋为<10@100,两肢箍,此时箍筋肢距为260mm。当抗震等级为1级～3级时,不满足混凝土结构设计规范11.3.8的规定,应在加密区范围内加一根拉筋,成三肢箍,可满足要求。
3.3 抗震设计的框架柱,柱端箍筋加密不满足规范要求。和框架梁的箍筋加密道理一样,抗震设计时的柱端加密也是为了提高柱端塑性铰区的延性、约束砼、防止柱纵向受力钢筋压屈,提高柱的抗震性能。抗震等级三级的底层框架柱,柱根和其他部位均采用150mm,不满足砼结构设计规范11.14.12的规定:柱根和其他部位的加密区箍筋间距分别为为较小值{100mm,8d(纵向钢筋直径)}/{150mm,8d(纵向钢筋直径)},柱根比其它柱端箍筋加密间距要求严格。
3.4 抗震设计的框架柱,纵筋间距和净距不满足规范要求。
按混凝土结构设计规范10.3.1和11.4.13的规定,框架柱纵筋的净距不宜小于50mm,且当柱截面尺寸大于400mm时纵筋的间距不宜大于200mm。边柱有可能会遇到这种情况,特别是当边跨较长,柱的计算长度较长,沿边跨方向框架的抗侧刚度较弱时。这时框架柱边跨方向计算配筋较大,另一方向配筋较小,如某框架柱高8.0m,截面尺寸为500mm×700mm,短边配725,长边配425,两方向均不满足规范要求。
4. 结束语
在我国现在的多高层建筑中,钢筋混凝土框架结构是最常用的结构形式。在多层钢筋混凝土框架结构的设计过程中,笔者通过切身体会,总结归纳了一些常见的问题,有望引起足够重视。
参考文献
[1] GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S]
[2] JGJ 3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S]
[3] 唐兴荣高层建筑结构设计 机械工业出版社
[4] 徐建 建筑建筑结构设计常见及疑难问题解析中国建筑工业出版社
[文章编号]1006-7619(2010)06-28-593
[作者简介]申海燕,女,工程师,主要从事结构设计。
【关键词】钢筋混凝土;框架结构;结构设计
Reinforced concrete frame the design of the structure discussion and analysis
Shen Hai-yan
(Shangdong provincehospital of the metallurgy design Co., Ltd.Jinan Shangdong 250000)
【Abstract】Aim at to often appear some problem in the structure design of the reinforced concrete frame:Anti- earthquake calculation, the concrete strength grade, stalk press ratio limit value etc.'s problem to carry on first step analysis, thus exaltation and assurance corpus structure of quality.
【Key words】Reinforced concrete;Frame structure;Structure design
随着经济的高速发展,我国钢筋混凝土框架结构发展迅速,框架结构体系在结构设计中应用甚广,同时,对于钢筋混凝土框架结构设计常出现一些问题却往往被忽视,给工程质量留下隐患。现结合自己的实际经验,对以下一些问题进行探析。
1. 结构抗震设计中的常见问题
1.1 抗震等级的选取。对于乙类建筑,建筑抗震设计规范3.1.3.2规定:地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求,但是抗震措施(主要体现为抗震等级)在一般情况下,当抗震设防烈度为6度～8度时,应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求。实际设计中经常发生抗震等级选错的情况,如:位于8度区的某乙类建筑,应按9度由建筑抗震设计规范表6.1.2确定,为一级抗震等级。
1.2 6度抗震建筑仍宜进行抗震计算。建筑抗震设计规范第5.1.6条规定:6度时建筑(建造于类场地上较高的高层建筑除外),以及生土房屋和木结构房屋等,应允许不进行截面抗震验算,但应符合有关的抗震措施要求。
在该条的条文说明中说明:“较高的高层建筑”指诸如高于40米的钢筋砼框架、高于60米的其他钢筋砼民用房屋和类似的工业厂房,以及高层钢结构房屋,其基本周期可能大于类场地的设计特征周期Tg,则6度的地震作用值可能大于同一建筑在7度类场地上的取值,此时仍需进行抗震验算。
但高规(适用与10层以上或房屋高度超过28米的非抗震设计和设防烈度为6至9度抗震设计的高层民用建筑结构)明确指出鉴于高层建筑比较重要且结构计算软件应用较为普遍,因此规定6度抗震设防时也应进行地震作用计算。我认为高规中的规定可取,依据震害调查,特别是5.12四川大地震的发生,大部分建筑倒塌的原因是没有抗震构造措施,或抗震构造措施不到位。
2. 高层建筑的底部框架梁、柱混凝土强度等级不同的问题
2.1 产生原因。首先,为了满足柱轴压比的要求,同时又要满足控制柱截面的要求,高层建筑柱砼强度等级高于梁板砼强度等级。而对于以受弯为主的楼层梁板,高强度等级砼对其抗弯承载力贡献不明显;同时,从砼规范对板类配筋构件的配筋率规定(ρmin=0.45ft/fyv且不小于0.20%)可知,配筋率与砼强度成正比,过高的砼强度等级会使配筋量增多,既不经济也不合理。其次,高强度等级砼对构件承受非荷载应力(混凝土收缩应力、温度应力等)不利,宜产生收缩裂缝。所以规范规定现浇框架的砼强度等级不宜高于C40,在实际工程设计中的楼盖砼强度等级采用 C20～C35。由此可见,高层建筑混凝土框架结构的柱砼设计强度高于梁板的设计强度必然存在,而且随着建筑物高度的增大,两者的设计强度差距会越大。
2.2 处理措施。高层建筑混凝土结构技术规程第13.5.7条规定 :当柱混凝土设计强度高于梁、楼板的设计强度时,应对梁柱节点混凝土施工采取有效措施。在结构设计方面:对高层建筑混凝土结构的竖向和水平构件的混凝土强度要进行合理取值。(1)整个工程的竖向构件混凝土强度等级种类不应过多,且与竖向构件截面的变化要错层 同步;(2)水平构件的混凝土强度等级取值要符合规范要求,尽可能与竖向构件相匹配,使实际施工简单化,尽量减少梁柱节点单独浇筑混凝土。
3. 构造方面的若干问题
3.1 框架梁的通常面积配筋率ρsv不满足规范要求。
混凝土结构设计规范11.3.9明确规定了最小面积配筋率,容易被忽视。如:二级框架,250mm×500mm,C40,非加密区箍筋8@200,四肢箍要求ρsv≥0.28ft/fyv=(0.28×1.71)/210=0.00228,实际ρsv=(50.3×4)/(250×500)=0.00161<0.00228,不满足设计规范。
3.2 抗震设计的框架梁,梁端箍筋加密不满足规范要求。处于三向受压状态下的砼,不仅可提高其受压能力,还可提高其变形能力。规范规定梁端箍筋加密,目的是从构造上对框架梁塑性铰区的受压混凝土提供约束,并约束纵向受力钢筋,防止纵向受力钢筋在保护层剥落厚过早压屈,以保证梁端具有足够的塑形铰转动能力。设计中经常碰到梁端纵向受拉筋配筋率大于2%的情况,往往不注意砼结构设计规范11.3.6.3的规定,导致箍筋直径偏小。如:某二级抗震的框架梁,梁端纵向受拉筋配筋率为2.15%>2%,梁端加密区箍筋直径应至少为10mm。
框架梁加密区箍筋肢距不满足规范要求 。如:宽300mm框架梁,箍筋为<10@100,两肢箍,此时箍筋肢距为260mm。当抗震等级为1级～3级时,不满足混凝土结构设计规范11.3.8的规定,应在加密区范围内加一根拉筋,成三肢箍,可满足要求。
3.3 抗震设计的框架柱,柱端箍筋加密不满足规范要求。和框架梁的箍筋加密道理一样,抗震设计时的柱端加密也是为了提高柱端塑性铰区的延性、约束砼、防止柱纵向受力钢筋压屈,提高柱的抗震性能。抗震等级三级的底层框架柱,柱根和其他部位均采用150mm,不满足砼结构设计规范11.14.12的规定:柱根和其他部位的加密区箍筋间距分别为为较小值{100mm,8d(纵向钢筋直径)}/{150mm,8d(纵向钢筋直径)},柱根比其它柱端箍筋加密间距要求严格。
3.4 抗震设计的框架柱,纵筋间距和净距不满足规范要求。
按混凝土结构设计规范10.3.1和11.4.13的规定,框架柱纵筋的净距不宜小于50mm,且当柱截面尺寸大于400mm时纵筋的间距不宜大于200mm。边柱有可能会遇到这种情况,特别是当边跨较长,柱的计算长度较长,沿边跨方向框架的抗侧刚度较弱时。这时框架柱边跨方向计算配筋较大,另一方向配筋较小,如某框架柱高8.0m,截面尺寸为500mm×700mm,短边配725,长边配425,两方向均不满足规范要求。
4. 结束语
在我国现在的多高层建筑中,钢筋混凝土框架结构是最常用的结构形式。在多层钢筋混凝土框架结构的设计过程中,笔者通过切身体会,总结归纳了一些常见的问题,有望引起足够重视。
参考文献
[1] GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S]
[2] JGJ 3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S]
[3] 唐兴荣高层建筑结构设计 机械工业出版社
[4] 徐建 建筑建筑结构设计常见及疑难问题解析中国建筑工业出版社
[文章编号]1006-7619(2010)06-28-593
[作者简介]申海燕,女,工程师,主要从事结构设计。