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浅谈混凝土框架结构设计要点
作者：杨石玄护
来源：《中国科技博览》2017年第15期
[摘 要]教学楼的设计为框架结构，框架结构优点较多，能很好满足教学楼的使用要求，且在荷载作用下比较安全可靠。框架结构结构轻，整体性好。框架结构的抗侧力刚度较小。平面布置：纵横双向梁柱刚接的抗侧力结构体系；竖向布置：柱子布置应均匀、对称，同层各柱截面尺寸宜相同，在大跨度方向、阳台转角处应设构造柱。以及梁板的构造要求，钢筋混凝土受弯构件的设计内容和钢筋的锚固等
[关键词]框架；教学楼设计；平面布置；竖向布置；
中图分类号：TU375.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）15-0202-01 1.框架结构概况
混凝土框架结构是多层建筑中常见的结构型式，它大多采用现浇式，具有刚度大、整体性和抗震性较好等特点，能很好满足使用要求。结构在相当长的使用时期内需要承受设备、人群等使用荷载，经受风、雪、冰、雨、日照或土压力、地震等环境荷载的作用，它们安全可靠与否，不仅影响到人们的财产安全，而且还常常关系到人身安危。
框架结构，是指梁和柱以铰接或刚接方式相连接而构成承重体系的结构，其填充墙一般不承重，仅起到围护和分隔作用。框架结构的优点是空间分隔比较灵活，一般使用材质较轻的填充墙材料，结构自重较轻，框架主体整体现浇，整体性较好，便于工业化施工；缺点是框架梁柱节点应力集中显著，受力形式类似竖向悬臂剪切梁，侧向刚度较小，结构构件截面尺寸受到一定限制。框架结构因其空间布置灵活，便于工业化施工等优点，在我国广泛应用于学校、医院、住宅、办公楼等人员比较密集的建筑[1]。 2.框架结构的受力特点
框架结构中的框架梁、柱既承受竖向重力荷载，也承受风、地震作用等水平荷载在这些荷载的共同作用下，一般情况下框架底部柱M、N、V 最大，往上逐渐减小，底部柱多属小偏心受压构件，顶部几层柱则可能为大偏心受压构件；当荷载条件大致相同时，各层框架梁的M、V 较为接近，变化不大。水平荷载作用下框架结构的水平侧移由两部分组成。一部分属剪切变形，这是由框架整体受剪，梁、柱杆件发生弯曲变形而产生的水平位移。一般底层层间变形最大；向上逐渐减小。另一部分属弯曲变形，这是由框架在抵抗倾覆弯矩时发生的整体弯曲，由柱子的拉伸和压缩而产生的水平位移。当框架结构高宽比不大于4 时，框架水平侧移中弯曲变形部分所占比例很小，位移曲线一般呈剪切型。框架结构的抗侧力刚度较小[2]。 3.框架结构的适用范围
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框架结构适用于非抗震设计时的多层及高层建筑，抗震设计时的多层及小高层建筑（7 度区以下）。7 度区以下、小于等于3 层的多层建筑可不采用框架结构。抗震设计的高烈度区的高层建筑不宜采用纯框架结构，宜优先考虑框架—剪力墙结构。大量的工程实践表明：高烈度区的高层建筑采用纯框架结构，即使结构计算通过（ 某些控制指标符合规范要求，如侧移限值等），在结构受力上也是不合理、不经济的。这样的框架结构，梁、柱截面偏大，耗钢量大，地震时，抗震性能不好，侧向位移较大，围护结构、隔墙、管道等将遭受较大破坏。即使主体结构损坏不大，非结构构件的破坏严重，损失也将很巨大。唐山地震时，影响到北京的烈度仅为6 度，但王府井百货大楼（ 框架结构）6 层一个角的围护墙倒坍，虽未伤人，但造成停业损失很大[3]。 4.框架结构设计 4.1 平面布置
1）应采用纵横双向梁柱刚接的抗侧力结构体系，而不宜采用一个方向梁柱刚接的抗侧力结构。若有一个方向为铰接时，应在铰接方向设置支撑等抗侧力构件。主体结构除个别部位外，不应采用梁柱铰接。
2）柱网的开间和进深，应根据建筑使用功能要求，结合受力的合理性、方便施工、经济等闲素确定。大柱网适用于建筑平面要求有较大空间的房屋如剧院、教学楼，但应增大梁的截面尺寸。小柱网梁柱截面尺寸小，适用于饭店、办公楼、医院病房楼等分隔墙体较多的建筑。在有抗震设防的框架房屋中，过大的柱网将给实现强柱弱粱及延性框架增加一定困难。 4.2 竖向布置
柱子布置应均匀、对称，同层各柱截面尺寸宜相同，避免短柱（ 如因楼层高度不等而形成错层时），应使各柱抗侧力刚度大致相同，防止在地震作用下由于各柱抗侧力刚度减小而发生破坏[4]。在大跨度方向、阳台转角处应设构造柱。 4.3 梁的构造要求
1）为保证耐久性、防火性以及钢筋与混凝土的粘结性能，钢筋的混凝土保护层厚度一般不小于25mm；
2） 为保证混凝土浇注的密实性，梁底部钢筋的净距不小于25mm 及钢筋直径d，梁上部钢筋的净距不小于30mm 及1.5d；
3）梁底部纵向受力钢筋一般不少于2 根，直径常用10 -32。钢筋数量较多时，可多排配置，也可以采用并筋配置方式；
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4） 梁上部无受压钢筋时，需配置2 根架立筋，以便与箍筋和梁底部纵筋形成钢筋骨架，直径一般不小于10mm；
5）梁高度h>700mm 时， 要求在梁两侧沿高度每隔300～400 设置一根纵向构造钢筋，以减小梁腹部的裂缝宽度，直径≥ 10mm； 4.5 钢筋混凝土受弯构件
（1） 正截面受弯承载力计算——按已知截面弯矩设计值M，计算确定截面尺寸和纵向受力钢筋；
（2） 斜截面受剪承载力计算——按受剪计算截面的剪力设计值V，计算确定箍筋和弯起钢筋的数量；
（3） 钢筋布置——为保证钢筋与混凝土的粘结，并使钢筋充分发挥作用，根据荷载产生的弯矩图和剪力图确定钢筋的布置；
（4） 正常使用阶段的裂缝宽度和挠度变形验算； （5） 绘制施工图。 4.6 钢筋的锚固
构件中钢筋的实际锚固长度应根据钢筋的受力情况、保护层厚度、钢筋形式等的影响，采用基本锚固长度la 乘以以下修正系数，并不小于最小锚固长度，也不小于0.7la 和200mm。 ⑴当受拉钢筋采用并筋形式时，由于其表面积减小，计算其基本锚固长度时应采用并筋的等效直径de（双并筋de=1.4d三并筋de=1.7d）
⑵当月牙肋钢筋锚固区混凝土保护层厚度大于2d 时，锚固长度可乘以保护层修正系数，但对位于构件顶面混凝土中的水平钢筋，不进行保护层厚度修正。锚固钢筋的保护层厚度修正系数保护层厚度>2d >3d >4d >5d修正系数0.9 0.8 0.75 0.7
⑶当月牙肋钢筋末端采用图示机械锚固措施时，锚固长度可乘以机械锚固修正系数0.7。 ⑷受压钢筋的锚固长度不宜小于受拉钢筋锚固长度的0.7倍
⑸当锚固钢筋在混凝土施工过程中易受扰动时（如滑模施工），锚固长度应乘以施工扰动系数1.1；