抗震设计中影响混凝土框架结构刚度诸多因素的探讨论文

[摘要]刚度是结构的一个重要指标，但是在实际设计中，由于计算模型的简化和非结构因素的作用，导致结构计算刚度与实际刚度存在一定偏差。本文对框架结构设计过程中常见影响刚度各种因素进行分析，并初步提出设计中的应对措施。

[关键词]框架结构；抗震设计；刚度

一、 影响结构计算刚度与实际刚度偏差的诸多因素

实际结构往往是很复杂的，进行结构计算以前，必须加以简化，用一个简化的力学计算模型来代替实际结构，这个计算模型应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径，反映实际结构主要受力和变形特点，同时计算模型可以略去部分次要细节以要便于计算。计算模型简化程度取决于所使用计算工具，有比较符合实际的有限元结构计算模型，也有适用于手算的简单力学模型。钢筋混凝土框架结构的计算刚度往往与其实际刚度有较大出入，笔者认为，此偏差主要来自于现有计算软件对力学计算模型的简化，没有计入那些难于准确计算的因素造成的。总体来说，没有计入的那些因素，常常使结构的计算刚度小于实际刚度，但在特定条件下也会使计算刚度大于实际刚度，主要表现为以下几方面：

（一）造成计算刚度小于实际刚度的原因

1.填充墙等非结构构件的刚度影响

现有计算软件对钢筋混凝土框架结构的设计计算中，一般无法计算填充墙、装修（饰）材料、支撑、设备等非结构构件的刚度对结构整体刚度的贡献。实际工程中，填充墙等非结构构件，尤其是砖填充墙的刚度对结构刚度的影响是不能忽略的，由于未考虑砖填充墙的刚度常常使结构计算周期比结构实测自振周期（周期的大小与结构刚度成反比，实测周期可以直观的反应结构刚度大小）大很多，填充墙的影响与填充墙的材料性能、数量、单片墙体长度、墙体完整性（开洞情况）、平面分布及与框架的连接等情况息息相关。定性地说，填充墙的数量多、单片墙体长度大、墙体开洞少且小、与框架连接好，它对框架结构的刚度的影响就加大，反之就小。譬如，由于住宅的内填充墙远大于厂房，因此框架结构的住宅刚度偏差就大于厂房结构。

一般框架结构都有填充墙，当填充墙多，可能会成为影响结构刚度的主要因素。

2.基坑回填土及混凝土刚性地坪对底层框架柱的侧向约束作用

通常，在计算模型中，钢筋混凝土框架结构的底层层高（计算高度），一般取基顶至一层楼盖顶之间的距离。由于基顶至室内、外之间回填土必须严格夯实，例如桩基础要求承台基坑侧壁间隙应灌注素混凝土，或采用灰土、级配砂石、压实性较好的素土分层夯实，其压实系数不宜小于0.94[2]，同时通常在室内都要作混凝土刚性地坪。填土及地坪将对底层柱产生较大的约束作用，从而使底层柱的计算高度减少，柱刚度增加，导致结构整体刚度增大。

对于当基础埋深较大的框架结构，填土及地坪对底层柱的约束，也是造成计算刚度比偏差的重要原因。

3.层间梁对结构刚度的影响

厂房采用混凝土框架结构的比较多，厂房中往往要求底层层高较大，一般在底层采用上下两排窗，之间设窗间梁。对于该窗间梁，计算模型中一般予以忽略，从而导致计算刚度偏小。

4.现浇楼板对楼面梁的刚度影响

楼板对框架梁的刚度和承载力，特别是负弯矩承载力的影响很大[3]。目前，常规的多层钢筋混凝土框架结构的分析计算，通常采用杆元结构模型模拟梁、柱，如PK采用平面杆元模型，TAT、TBSA、SATEWE等采用空间杆元模型。上述软件均没有考虑由于现浇楼板的存在，而使梁截面实际为T形截面，客观上，现浇楼板增加了框架梁及结构的刚度。在结构设计时，现有常规做法采用简化方法考虑了现浇楼板对楼面梁的刚度增大系数1.3~2.0[4]。但是，这并不足以真实反应现浇楼板作为梁的有效翼缘对线形杆元模型梁的惯性矩增大值，在弹性阶段，此增大系数随梁截面的变化而变化，见表一。

表一

梁截面

（bxh） 楼板厚

hf 翼缘宽