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摘要：钢筋混凝土框架结构是一种抗震、抗风性能较好的结构形式，这种结构体系具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点，故而在工业与民用建筑中被广泛运用。目前随着建筑造型和建筑功能要求的多样化发展，这也对框架结构更合理的设计提出了更高的要求。本文主要对框架结构设计中常见的几个问题进行分析，并提出相应的解决措施。
关键词：框架结构；抗震构造；抗震等级；强柱弱梁
1、从概念设计上须注意的几个问题
（1）强柱弱梁 在框架结构设计中，从结构抗震设计角度一直强调一个概念就是当结构在罕遇地震作用下，柱子不能先于梁破坏，这样结构的破坏只是局部性的构件破坏，而非柱子破坏这种可能引起整体性倒塌性的破坏。其机理就是让塑性铰出现在梁端，柱端在大震时仍处于工作状态。
强柱弱梁的幅度大小取决于梁端纵筋不可避免的构造超配筋程度的大小，以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布和动力特征的相应变化。因此，在满足建筑要求的情况下，尽量将柱截面尺寸做得大一些，以增加柱的刚度，使柱的线刚度大与梁的线刚度，并控制柱的轴压比以增加延性。在验算截面承载力时，将柱的弯矩设计值按规范要求进行放大，加强柱的构造配筋。同时注意根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第6.3.4条要求，框架梁端纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于2.5%，以免在结构进入屈服阶段时不能形成塑性铰或者塑性铰转移到柱端。
（2）强剪弱弯 强剪弱弯是保证构件延性，防止脆性破坏的重要原则，在结构设计中须加大各承重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力，使这些构件在结构经历罕遇地震时不至出现脆性剪切破坏。在设计中对于框架结构中的梁柱应注意其抗剪验算，在满足规范规定的剪跨比和跨高比限值的基础上，其配筋也要满足相应的计算和构造要求。
（3）注意构造措施 在楼梯间位置的框架柱和建筑立面为带型窗的框架柱，在设计时须注意由于经常会在层间设置框架梁，使得这些位置的框架柱容易形成短柱。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第6.3.9条规定，剪跨比不大于2的柱、因设置填充墙等形成的柱净高与柱截面高度之比不大于4的柱箍筋加密范围应取全高。
2、抗震等级的确定
在实际结构设计中，大多数房屋建筑按其抗震设防分类属于丙类建筑，其抗震等级可根据抗震设防烈度、结构类型和房屋高度按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）表6.1.2确定；而学校、大型体育场馆、医院、商场和展览中心等，应先按照《建筑抗震设防分类标准》的规定确定其建筑类别，然后根据《建筑抗震设防分类标准》（GB50011-2010）第3.0.3条规定，甲乙类建筑应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施，并由此确定建筑物的抗震等级。
3、结构设计参数的选取
（1）结构周期折减系数 在结构计算分析时，只考虑了主要结构构件的刚度，没有考虑非承重结构构件的刚度，而框架结构由于填充墙的存在，使得结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期，按这一周期计算的地震力偏小，为此考虑非承重构件对结构整体刚度的影响，对结构计算周期应予以折减。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第4.3.17规定，当非承重墙体为砌体墙时，高层框架结构计算周期折减系数可取0.6～0.7，对于其他非承重墙体时，可根据工程情况确定实际周期折减系数。
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（2）梁刚度放大系数 在结构建模分析时，梁只是以矩形截面输入，未考虑梁和楼板共同作用形成T型截面而引起的梁刚度增大，从而造成结构的计算刚度小于实际刚度，算出的地震剪力比实际偏小。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第5.2.2规定，楼面梁刚度增大系数可根据翼缘情况取1.3～2.0。
（3）梁扭矩折减系数 在实际工程中，梁板是整体浇筑在一起的，板面与梁顶平齐，板对主次梁均有相当大的约束作用，主梁的翼缘可以承担一部分的扭矩，故楼板厚度、跨度等都会对梁所承担的扭矩产生一定的影响，因此在实际计算中需要考虑楼板对梁扭矩产生的影响。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第5.2.4规定，高层建筑结构楼面梁受扭计算时应考虑现浇楼盖对梁的约束作用。当计算中未考虑现浇楼盖对梁扭转的约束作用时，可对梁的计算扭矩予以折减。根据梁两侧楼板的约束情况，一般对两侧均有楼板的梁扭矩折减系数取0.4，对两侧没有楼板或者弧形梁扭矩折减系数取1.0。
（4）梁端负弯矩调幅系数 在结构计算时，框架梁在竖向荷载作用下，梁端负弯矩较大，造成节点钢筋太密，施工麻烦，甚至节点钢筋间距满足不了规范规定的构造要求。这种情况下，可考虑框架梁端塑性变形内力重分布，对梁端负弯矩乘以调幅系数进行调幅，以此适当降低框架梁在竖向荷载作用下的负弯矩，并通过平衡条件相应增大梁跨中弯矩。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第5.2.3规定，现浇框架梁梁端负弯矩调幅系数可取0.8～0.9。
4、基础系梁的设置问题
如果基础埋深度较深时，可以用基础系梁减少底层柱的计算长度，在正负零以下设置系梁，此时系梁按一般框架梁进行设计，同时系梁以下的柱按短柱处理。
根据抗震要求，可沿两个主轴方向设置构造基础系梁，系梁截面高度可取跨度的1/10～1/15，纵向受力钢筋可取与系梁相连的柱底最大轴力设计值的1/10作为拉力或压力来计算，以此算得的结果为构造配筋时，尚应满足最小配筋率；当基础系梁上作用有填充墙或梯柱等传来的荷载时，应与所连柱子的最大轴力设计值的1/10进行叠加进行计算。
5、设计构造方面的问题
（1）框架节点核芯区箍筋配置除应满足规范规定的框架柱箍筋加密区的箍筋最小体积配箍率的要求外，还应按照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中第6.3.10规定“一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10、0.08且体积配箍率分别不宜小于0.6%、0.5%、0.4%”进行复核，尤其是当框架柱轴压比较小时，这是保证节点核芯区延性的重要构造措施，需要特别注意。
（2）框架梁配筋时要注意梁端截面纵向底筋与面筋的比值以及梁端纵筋的配筋率。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中第6.3.3规定“梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量比值，除按计算确定外，一级不应小于0.5，二级不应小于0.3；梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时，应比按表6.3.3采用的箍筋最小直径增大2mm”以上均为强条，在结构设计中不可忽视。
（3）框架梁上部纵筋端部水平锚固长度应满足要求。根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中第9.3.4条规定“梁上部纵向钢筋宜伸至柱外侧纵向钢筋内边，包括机械锚固头或者弯弧在内的水平投影长度不应小于0.4Lab”，因此当框架柱截面较小，而梁面筋直径较大时，须复核这一要求。
6、结语
以上是我在框架结构设计过程中的一些经验总结。框架结构设计虽然相对简单，但是在设计中仍有许多问题需要加以注意，只有熟练地掌握规范，并具有良好的结构传力概念，才能设计出既安全又经济实用的优秀作品。
参考文献
[1]GB5011-2010，建筑抗震设计规范[S].
[2]GB5010-2010，混凝土结构设计规范[S].
论文作者:王德祥
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/26
标签：框架论文; 结构论文; 刚度论文; 弯矩论文; 截面论文; 建筑论文; 系数论文; 《建筑学研究前沿》2017年第15期论文;