框架结构设计(精编4篇)
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框架结构1
关键词:框架结构设计;轴压比;常见问题;地质勘察;结构安全
中图分≮≯类号:文献标识码:A
1 科学合理的结构平面布置
框架结构布置首先是确定柱网。柱网即柱的排列方式,它必须满足建筑平面及使用要求,同时也要使结构合理。从结构上看,柱网应规则、整齐,且每个楼层的柱网尺寸应相同,要能形成由板-次梁一框架梁一框架柱一基础组成的传力体系,且使之直接而明确(有时可以不设次梁)。例如在需要中间走道的建筑中,柱网布置可如图24-1(a),在需要较大空间时,柱网布置可如图24-1(b),柱的间距以3-8m较为合理,特殊需要时可再缩小或扩大。
2 合理的梁、柱截面尺寸
框架梁、柱的截面尺寸,通常是在初步设计时由估算或经验选定截面尺寸,然后通过承载力及变形验算最后确定。梁截面尺寸主要是要满足竖向荷载下的刚度要求。主要承重框架梁按“主梁”估算截面,一般取梁高hb为(1/18-1/10)lb,lb为主梁计算跨度,同时hb也不宜大于净跨的1/4;主梁截面宽度bb不宜小于hb/4。非主要承重框架的梁可按“次梁”要求选择截面尺寸,一般取梁高hb为(1/20-1/12)lb。当满足上述要求时一般可不验算挠度。
柱截面尺寸可根据柱子可能承受的竖向荷载估算。在初步设计时,一般根据柱支承的楼板面积及填充墙数量,由单位楼板面积重量(包括自重及使用荷载)及填充墙材料重量计算一根柱的最大竖向轴力设计值NV,在考虑水平荷载的影响后,由下式估算柱子截面面积AC。
在非抗震设计时
在抗震设计时
根据长期经验,框架柱截面不能太小,非抗震设计时,矩形柱截面边长hc不小于250mm,抗震设计时hc不小于300mm,圆柱截面直径不小于350mm,而且柱净高与截面长边hc之比宜大于4。
3 选择合理、便于计算的框架计算简图
多层框架结构实际上由纵、横框架组成的空间结构,为了简化计算,常忽略纵、横向空间联系,忽略各构件的抗扭作用,分别按纵向和横向平面框架进行计算。
横向中间各榀框架,由于间距和各自抗侧刚度相同,作用的各荷载相同,常取一榀横向框架作为计算单元。但有差异时,应分别计算。
纵向框架因作用荷载不同,应取不同框架计算。当采用横向承重,纵向柱多时,抗侧刚度大,可不计算,按构造设计。
作用于各计算单元上的荷载按该单元的负载面积计算。
框架的计算简图的简化:
计算简图是结构的力学抽象,它既要反映结构的真实受力状态,同时又要便于内力分析,在保证必要计算精度的前提下,对计算简图作适当的简化。
计算前,初步确定截面形状和尺寸。
梁截面形状有矩形、T形、Γ形等,尺寸:主梁(1/10-1/12)L,次梁(1/12-1/15)L;矩形梁宽(1/2-1/3)h。
柱截面形状常采用矩形、方形、圆形,尺寸:取层高的1/15-1/20。
跨度与层高:梁跨度取柱子轴线距离,当上下层柱截面尺寸变化时,一般取最小柱截面形心线作为柱的轴线;层高取建筑层高,底层取基础顶至二层楼板顶面。
节点简化:现浇钢筋混凝土节点常简化为刚性节点。
框架构件的抗弯刚度EI:框架结构的内力和侧移计算前必须先计算梁、柱截面惯性矩,但应考虑楼板的影响。梁节点附近,楼板受拉,楼板对梁的截面抗弯刚度影响较小,在梁跨中,楼板受压,影响较大,但为了方便设计,假定梁I沿轴线不变(I0为不考虑楼板影响的梁截面惯性矩)。
一般情况下,实际结构都是处于空间受力状态,水平荷载可能从任意一个方向作用在结构上。在设计结构时必须简化以便于计算。当横向、纵向的各榀框架布置较规则,它们各自的刚度和荷载分布都比较均匀时,可以将结构简化成平面框架进行内力及位移分析:
4 合理的内力控制截面运用
内力组合求出构件控制截面的最不利内力,用以控制截面。梁控制截面通常是梁端及跨中截面,柱控制截面在柱上端及下端。
在按照平面假设进行计算的结构中,分别按两个主轴方向(或与平面结构相平行的方向)计算竖向荷载及水平荷载作用下的内力,并分别组合。应重点注意:1.活荷载不利布置 2.无地震组合及地震组合 3.竖向荷载作用下框架梁内力塑性调幅 4.风荷载及地震作用下内力。
5 地震作用下延性框架设计
通过大量震害调查、试验和理论分析,实现延性框架设计的要点如下:
(1)强柱弱梁框架;(2)强剪弱弯构件;(3)强节点、强锚固。
在延性框架中,首先要保证实现强柱弱梁,同时还要防止脆性的剪切破坏,还要避免几乎没有延性的小偏压破坏。柱截面抗弯配筋需要量,还要满足最小配筋率要求。非抗震设计时,纵向钢筋单边配筋率不应小于%;抗震设计时,全部纵向钢筋配筋率不应小于下表,同时还应满足单边配筋率不小于%的要求。
非抗震设计时,框架柱纵向钢筋间距不大于350mm,抗震设计时间距不宜大于200mm。为保证混凝土浇注质量,在任何情况下纵筋净距均不应小于50mm。
6 轴压比控制及配箍
轴压比是影响钢筋混凝土柱破坏状态和延性的另一个重要参数。在压弯构件中,轴压比加大意味着截面上名义压区高度x增大。当压区高度加大时,压弯构件会从大偏压破坏状态向小偏压破坏状态过渡,小偏压破坏的柱构件延性很小或者没有延性。在短柱中,轴压比较大时,柱会从剪压破坏变成脆性的剪拉破坏。因此,在抗震设计中,希望延性框架中柱子的轴压比较小,最大不能超过下表所给的限制值,主要措施是加大柱断面及提高混凝土等级。
在体积配箍率相等的情况下,箍筋形式不同,对混凝土核心的约束作用也不相同。目前常用的箍筋形式见上图。其中普通矩形箍的约束效果较差,复式箍和螺旋箍的效果较好,连续复合螺旋箍是指全部箍筋由一根钢筋连续缠绕而成,其约束效果最好。连续复合螺旋箍与螺旋箍约束作用很好,但加工复杂,一般很少采用。在高轴压比下,复式箍是较好的箍筋形式,在抗震结构中应用日益增多。在复式箍中,要求箍筋的无支长度(或称肢距)不大于200mm(一级抗震),250mm(二、三级抗震),300mm(四级抗震)纵筋至少每隔一根置于箍筋拐点,而纵筋间距不宜大于200mm。为了浇灌混凝土方便,纵筋间距也不宜小于50mm。复式箍中如采用拉筋,则拉筋必须同时勾住主筋及箍筋。
参考文献
[1]林同炎,思多台斯伯利,结构概念和体系。
[2]戴国莹等。建筑结构抗震鉴定及加固的若干。
[3]高立人,王跃。结构设计的新思路-概念设计。
[4]《建筑抗震设计规范 GB 50011》、《多层建筑混凝土结构技术规程》.
书山有路勤为径,学海无涯苦作舟。山草香为大家分享的4篇框架结构设计就到这里了,希望在框架结构的写作方面给予您相应的帮助。
框架结构2
关键词:钢框架结构厂房 建筑
1、前言
现阶段在我国,绝大部分框架厂房结构均为钢筋混凝土框架厂房,也出现了很多的钢框架厂房。随着我国钢材产量的迅速增加,品种增多,钢结构设计和施工技术的不断提高,钢框架的运用将有良好的前景。随着国家经济的快速发展,钢结构在建筑领域起到了举足轻重的作用,扮演着越来越重要的角色,无论在工业还是民用建筑中,钢结构以其突出的特点迅速地占领着越来越广的市场。而钢框架结构又具备钢结构的优点,所以再一般大厂房的建设中经常用到。优点包括,在钢框架结构的中,其整体刚度和抗震性能好、施工速度快、自重轻、承载力高,在大跨度及超高层建筑中代替了钢筋混凝土结构,同时也不能忽视其不足,包括存在着防火性能差、易腐蚀等缺点,在设计中应根据其优点扬长避短才能更好地发挥钢结构的作用。
2、钢框架结构体系
其实结构设计的最基本的任务是,在建筑的安全度和经济之间选择一种优质的平衡,力求花最少的钱,保证建造的结构在已定的环境和保质期内,能够满足预定的安全性,适用性和耐久性等功能要求,这就要求设计人员把安全和经济同时考虑在内,拿出最经济合理的结构体系,目前,我国的结构主要是混凝土结构和钢结构,由于混凝土结构有很多缺点,并且随着科技的进步和环保意识的提高,钢结构越来越受到重视。
钢框架结构体系是指沿房屋的纵向和横向来用钢梁和钢柱组成的框架结构来作为承重和抵抗侧力的结构体系。其优点是:能保证拥有很大的内部空间,建筑平面布置灵活,适应多种类型的使用功能;一般是在工厂预先定制钢梁、钢柱,然后运送到施工现场再拼装连接成整体框架,因为这样的结构自重轻,抗震性能好,对于工人来说施工速度快,机械化程度高;结构简单,构件易于标准化和定型化,对于一般厂房而言,框架体系是一种比较经济合理、运用广泛的结构体系[1]。
对于钢框架工业厂房,结构形式有三种
对于钢框架结构体系可分为三大体系:柱-支撑体系、纯框架体系、框架―支撑体系。框架―支撑体系即由竖向或横向布置的支撑桁架结构和框架构成,在实际工程中采用较多,这种体系形式是在厂房的横向用纯钢框架,它的特点是框架与支撑系统协同工作,竖向支撑桁架起剪力墙的作用,承担大部分水平剪力。这种结构形式特别适用于纵向较长,横向较短的厂房,经济,省钢材。缺点是柱间支撑可能会影响使用厂房的纵向布置适当数量的竖向柱间支撑,用来加强厂房纵向的刚度,以减少框架的用钢量,并且由于横向纯框架无柱间支撑,便于生产、人流、物流等功能的安排。纯框架体系;是指把厂房纵横两个方向都设计成刚接框架,不设置柱间支撑。其优点是平面布置灵活,可为建筑提供较大的室内空间,且结构各部分刚度比较均匀。缺点是侧向刚度小,且不宜采用工字型截面柱, 宜采用两个方向惯性矩差别不大的截面形式[2]。
2.2钢结构框架厂房的优点
综上所述,可以看出钢框架结构厂房易于维修:通用电脑设计而成的钢结构建筑可以抗拒恶劣气候,并且只需简单保养;造价合理,减少基础造价;建造速度快,可早日建成投产,综合经济效益大大优于混凝土结构建筑。建筑简易,施工期短:所有构件均在工厂预制完成,现场只需简单拼装,从而大大缩短了施工周期。
钢框架结构有厂房中,钢结构是绿色建筑,节能建筑,钢结构提高了空间的利用率,钢结构建筑的重量轻,体量小,而且本身有良好的延性,因此钢结构的抗震性能非常好,保证了厂房的抗震性。钢结构的施工周期短,提高了资金投资的效益和施工现场文明。随着层数及高度的增加,除承受较大的竖向荷载外,抗侧力(风荷载、地震作用等)要求也成为多层框架的主要承载待点[3]。
3、钢框架结构的设计和发展趋势
钢框结构厂房的设计阶段
在钢框结构厂房设计的整个过程中都应该被强调和被重视的是在结构选型与布置阶段,这一阶段尤为重要,因为对一些不能作出精确以及理性分析或规范从来没有规定的问题,可跟据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想,从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用这些手段可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确,并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算[4]。
钢框结构的发展
现阶段我国绝大部分框架厂房结构均为钢筋混凝土框架厂房,但已出现了不少的钢框架厂房。随着我国钢材产量的迅速增加,品种增多,钢结构设计和施工技术的不断提高,钢框架的运用将有良好的前景。
多层钢框架结构是钢框架厂房最常用的结构,也是将来建筑产业发展的一个重点。上面提到过框架结构体系横向刚度较好,横梁高度也较小,是很经济的结构形式。钢结构体系拥有的各项优势,从目前来看,钢框结构建筑是对城市污染环境影响最小的结构之一,在西方已被广泛采用,所以有绿色建筑之称。与钢筋混凝土结构相比,更具有在“高、大、轻”,三方面发展的独特优势。因此,两者相结合以至达到更好的使用功能效果[5]。
随着钢框架结构厂房的应用越来越多,遇到的问题也越来越多,其中造价仍是制约发展的重要因素之一。设计人员的共同目标是设计出安全、用钢量少、施工安装简便的钢结构厂房。在相同条件下,理论上控制用钢的数量就可以有效地控制成本造价。这样通过借助计算分析程序,我们可以很好地控制构件的用钢数量。但是节点的用钢量或节点的造价需要我们仔细比较才能确定。当然在钢结构设计过程中我们应考虑当前的国情。即大多数施工安装企业的钢结构制作安装工业化程度不高,构件加工的精度比较低,属于粗放型经营阶段。如果照搬国外的节点型式,全部采用高强螺栓连接是不合适的。首先是成本造价太高,再次是制作和安装的水平跟不上。如果盲目跟随外国,不仅不能保证质量,还给施工增加了难度。所以我们应该从自身出发,找到适合自己的途径[6][7]。
4、总结
当前,钢框架结构具有很好的发展势头,它以自身的优越性,正在工程中得到越来越广泛的应用,实用、节能、工业化程度高等将会是很重要的建筑指标,意味着钢结构普遍应用将成为多层钢结构厂房的设计趋势。钢框架结构施工技术,主要包括钢柱、钢梁、楼梯的吊装、测量校正、连接、压型钢板的铺设等工序,但在钢结构施工的同时,才能高效、高质量地完成施工任务。往往要穿插土建、机电等部分的施工。钢框架结构的施工必须要与土建等其它单位进行密切配合,做到统筹兼顾。
参考文献
[1] 张永生;钱礼平;浅谈多层钢框架工业厂房的设计[J];安徽建筑;2008年06期
[2] 吴国文 于文博;钢结构:大力发展正其时[N];中国建设报;2003年
[3] 陈东佐,赵文惠;新版《钢结构设计规范》的设计指标和选材要求[J];太原大学学报;2004年04期
[4] 曾志攀;刚桁架结构厂房的设计[J];钢结构;2007年05期
[5] 汪建兵;胡志强;吴体;某轻钢加层结构加固实例[J];四川建筑科学研究;2009年02期
[6] 陈养源;钢结构工程质量控制方法及工程应用[D];浙江大学;2006年
框架结构设计范文3
关键词:多层建筑;框架结构;设计
中图分类号:TU472 文献标识码:A 文章编号:
一、多层建筑框架结构加固设计遵循的原则
1.一定要多道防线,降低结构风险
建筑结构设置多道防线,能够在遇到风险时,通过所有抵抗外力结构联合起来将风险障碍物一层层的阻碍,缓冲其速度,同时相互支撑,这就好比一个物体从高处掉下来,那么当这个物体掉下来时可能就比没有障碍物阻碍的物体或者障碍物少的受损度小很多。这个时候,我们不能把结构重心全部寄托在单一的构件上,在土建结构中我们知道多肢墙要比单片的墙好,而框架剪力墙要比纯框架好,我们知道鸟巢外形结构的设计,是多道防线设计思路的最好体现。
2,一定要抓大放小,保全重要结构
在建筑框架结构设计中有这么一种说法,那就是“强柱弱梁”“强剪弱弯”,这不禁勾起了人们对这种说法产生疑问,问什么结构要强柱弱梁,强剪弱弯,在我们的印象中强柱强梁肯定会比强剪强弯要更加结实,更加安全。但是如果所有的结构构件都强了就不好了,将会存在非常大的安全隐患。我们知道绝对安全的结构在这个世界上是不存在的,无论哪种结构体系都不能在任何情况都可抵御各种外界的破坏。每个构件的作用都不同,整个结构体系就是由这众多的构件协调组合而成,并依据其重要性来区分轻重。每个结构构件共同抵抗外力的目的,就是为了在遭遇强大的外界破坏力时,能够保住其中最重要的部件不受损坏或者至少是最后才遭遇摧毁,这就是要做出取舍的时候了。所以最明智的选择就是在建筑框架结构设计之初就先衡量孰轻孰重,哪部分是主要构件,哪部分是次要构件,当强大的破坏力来临时,首当其冲的应该是次要的构件,在设计中各个部件千万不可平均受力,那样将损失惨重。我们知道在钢框架的结构设计中,如果柱不幸倒塌,梁也不可能存在,而如果梁倒了的话,柱依然可能存在,这也就说明了柱起到的作用要比梁大。所以在建筑框架结构设计过程中,为了保证柱免遭摧毁或者至少是最后才遭摧毁,这就要把梁放在相对比较薄弱的环节上,使其能够承受大部分外来破坏力,尽可能阻挡对柱的破坏,使损失降至最低。而如果把梁和柱都设计在主要环节上,则有可能使梁和柱遭到同样的破坏。
3.一定要使结构合为一体
好的建筑框架结构体系是一个整体的结构,这种结构体系中没有关节,并且能够快速有效的传递并消除外力,尽量减少破坏力度,有了这个原则,我们在设计时就要想办法把各个关节给“打通”,使之畅通无阻。前面我们提到的三个原则(“刚柔相济”“多道防线”“抓大放小”)实施的基础就是一定使结构浑然一体,也就是说这个原则是前面三个原则的保障。总的来说,设计者要使原本保持平衡和静态的构件组合之后,在受到强烈的外力冲击时还能保持原来的静态,或者相对的静态,这样目的就达到了。
二、设计构造中的常见问题及处理措施
1.严格控制框架节点核芯区箍筋配置
设计人员应该严格按GB50011-2001建筑抗震设计规范中的规定来控制框架节点核芯区配箍特征值及体积配箍率,这方面很多设计者往往会忽略,特别是不能满足对柱轴压比不大时(这个规定是为了保证节点核芯区延性的重要构造措施)的要求。对于这一点问题设计者以后应该充分考虑到,以防止出现不必要的损失。
2.底层框架柱箍筋加密区的范围不能满足
在设计中,设计人员要留意在GB50011-2001建筑抗震设计规范中有规定:“底层柱,柱根处箍筋加密区的范围应不小于柱净高的1/3”,这是一新增加的规范要求,大多设计者可能都不太了解,以后设计过程中应该注意这个问题的解决。
3.框架梁上部纵筋端部水平锚固长度不能满足
GB50010-2002混凝土结构设计规范中有规定:“框架端节点的地方,一旦框架梁上部纵筋的水平直线段锚固长度不足的时候,应该向下弯曲并且伸到柱的外边,控制好弯折前水平投影的长度一定要等于或者大于0.4LaE”,一旦框架柱的截面尺寸在400mm×400mm以下的时候,框架梁就易出现问题,这就会埋下一个很严重的安全隐患。对于以上建筑框架结构设计中出现的问题,往往是设计者忽视的问题,只要设计者在设计之初能够做好前期准备,重视这些问题,并按照国家规定来设计建筑,那么上述问题也就会随之消失,建筑框架的结构也就会符合标准。
4.框架结构梁的设计问题
在对框架结构建筑进行设计时,位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载,应由附加横向钢筋承担,则需要考虑设置附加箍筋和吊筋,为方便施工可优先考虑采用附加箍筋,如主次梁搭接时,可以在结构设计总说明处,画上一节点,在有次梁部位的两侧各加上3根主梁箍筋来作为补充。框架梁与次梁的端部出现相交的现象,或者弹性支承在墙体上,对于梁端支座可以按照简支梁的方式来处理,但是必须对梁的端箍筋进行加密。在设计抗扭梁时,纵筋的间距应该小于300mm,并保证小于梁的宽度。通常在设计的时候可采用加大腰筋直径加密腰筋间距的方法来增加梁的抗扭力,同时对于纵筋和腰筋锚入支座内的长度应该符合要求。对于箍筋也应该符合抗震设防要求。在反梁板吊在梁底时,板的荷载主要由箍筋来承担,可适当加密箍筋的间距,加大箍筋直径。对于框架梁截面的高度设计,应该在梁跨度的1/10至1/15之间选择,对于宽扁梁的宽度,则最大可以设计到柱宽的两倍。
5.框架结构柱的设计问题
如果框架结构柱在地上的部分为圆柱时,在地下的部分就尽量做成矩形柱,这样可以尽量减少施工的工序。圆柱的纵筋根数应该保证在8根以上,而圆柱的箍筋宜优先采用螺旋式,这样可以有效增加结构的整体性和柱子的刚度及承载力,施工图纸中需要注明柱子端部有一圈半的水平段;矩形柱宜优先选用井字复合箍的箍筋形式,有抗震设防要求的需按照建筑抗震设计规范进行加密设计。角柱和楼梯间的框架柱、梯柱应在全柱高范围内进行加密。通常框架结构柱的截面,非抗震时不宜小于边长250mm,四级抗震边长不宜小于300mm,一、二、三级抗震时边长不宜小于400mm;框架柱混凝土的标号则应该在C25以上,且梁纵筋锚入柱内的水平段长度、弯折长度应该符合规范要求。
三、结束语
现代建筑造型和建筑功能要求的多样化发展,使得现代建筑设计中的难题也逐渐增多,对设计者的挑战也随之增加。而作为一名建筑设计者,应该在严格遵循各种相关规范的前提下,采用灵活、大胆的方式和方法来解决一些结构上的设计难点问题,并在实际工作中不断地进行充实和完善。
参考文献:
[1]朱文兵。多层建筑框架结构设计的几点研究[J].建材世界,2011,32(5).
框架结构4
关键词:建筑;框架结构;设计
Abstract: with the increasingly diversified architectural shape and function requirements, industrial buildings and civil buildings, building frame structure design as the current practical mode, which are frequently used have been widely used in all kinds of buildings, the problems encountered in the structure design is also growing, and as a structure designers need to follow the bold and flexible solution to some of the structure under various specifications on the emphasis and difficulty.
Keywords: building construction; Frame structure; design
中图分类号:文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
引言
随着社会的发展,钢筋混凝土框架结构的建筑物越来越普遍。由于钢筋混凝土结构与砌体结构相比较具有承载力大、结构自重轻、抗震性能好、建造的工业化程度高等优点;与钢结构相比又具有造价低、材料来源广泛、耐火性好、结构刚度大、使用维修费用低等优点。因此,在我国钢筋混凝土结构是多层框架最常用的结构型式。近年来,世界各地的钢筋混凝土多层框架结构的发展很快,应用很多。以下是建筑框架结构设计中值得我们注意的地方,以和大家共同探讨。
一、强柱弱梁节点设计
为了实现在罕遇地震作用下,让梁端形成塑形铰,柱端处于非弹性工作状态,而没有屈服,但节点还处于弹性工作阶段。强柱弱梁措施的强弱,也就是相对于梁端截面实际抗弯能力而言柱端截面抗弯能力增强幅度的大小,是决定由强震引起柱端截面屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动能力,而且不致形成“层侧移机构”,从而使柱不被压溃的关键控制措施。柱强于梁的幅度大小取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小,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,当建筑许可时,尽可能将柱的截面尺寸做得大些,使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1,并控制柱的轴压比满足规范要求,以增加延性。验算截面承载力时,人为地将柱的设计弯矩按强柱弱梁原则调整放大,加强拄的配筋构造。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高,以免在罕遇地震中进人屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到立柱上。注意节点构造,让塑性铰向梁跨内移。
二、基础系梁的设置
当前建筑框架结构设计在基础梁设置方面的问题主要表现在埋置深度问题。如果基础梁埋置深度过深,则可采用基础系梁的方式减少底层柱的计算长度。若是工程条件符合《建筑抗震设计规范》的规定,同样需要设置基础系粱。同时,依照建筑物的抗震要求,建议沿着两个主轴的方向设置基础系粱,其中所构造的基础系梁的纵向受力钢筋可以取所连接柱的最大轴力设计值的百分之十作为压力或者拉力来加以计算,截面高度可以取连接柱中心距离的l/12~1/15。满足最小配筋率是构造配筋的基本条件,当基础系梁上作用有楼梯柱或者填充墙时传来的荷载时,应该将相应值提升至与所连接柱子最大轴力设计值的10%的叠加。同时,基础系梁截面也应该保持同步的增加,计算出配筋应满足的构造和受力要求。基础系梁顶标高的构造与基础顶标高一样。
此外,可以用混凝土将基础梁下面独立基础的锥形斜坡或者台阶之间的空隙部分浇筑,使其与基础项面齐平之后再浇筑基础系梁。如果以基础系梁来进行柱底弯矩的平衡,那么应该按照框架梁来设计配筋和基础系梁的截面尺寸。此时,应该全部拉通拉梁正弯矩钢筋,至少应在1/2跨拉通负弯矩钢筋,基础系梁纵筋的抗震要求、箍筋的加密以及框架柱内的锚固应该与上部框架梁相同,而且此时要在基础梁顶部设置拉粱。总之,若是不设置基础系粱,则可以把混凝土条形作为填充墙的基础;若是设置基础拉粱,则适合在框架柱之间设置,对于不在框架柱之间的墙体可以素混凝土基础。
三、正确选取重要的结构计算参数
结构设计计算时,除了有合理的结构方案、正确的结构计算简图外,正确选择抗震设防烈度和场地类别、合理选取电算软件中的其他各项参数也是十分重要的。
1.结构的抗震等级
在工程设计中,各类房屋建筑首先应当根据《建筑工程抗震设防分类标准》(GB50223—2008)确定建筑类别。对于丙类建筑,其地震作用均按本地区抗震设防烈度计算。对于乙类建筑,《建筑抗震设计规范》(GB5001 l一2001)3.1.3条第2款规定: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6~8度时,应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求:当为9度时,应符合比9度抗震设防更高的要求。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确定其抗震等级为一级。当8度地区乙类建筑的高度超过表6.1.2规定的范围时.应采取比一级抗震等级更有效的抗震措施。
2.设计基本地震加速度
《建筑抗震设计规范》3.2.2条中规定:抗震设防烈度为7度时,设计基本地震加速度值分别为0.19和0.159两种,抗震设防烈度为8度时,设计基本地震加速度值分别为O.29和0.39两种,这与89旧规范差别较大。计算中应严格注意地震区的划分,选取正确的设计基本地震加速度值,这一项对地震作用效应的影响极大。
地震力振型组合数
对于较高层建筑,当不考虑扭转耦联时,振型数应不小于3;当振型数多于3时,宜取为3的倍数,但不能多于层数;当房屋层数不大于2时,振型数可取层数。对于不规则建筑,当考虑扭转耦联时.振型数应不小于9;结构层数较多或结构刚度突变较大时.振型数应多取,如结构有转换层,顶部有小塔楼等,振型数应大于12或更多,但不能多于房屋层数的3倍;只有定义弹性楼板且按总刚分析法分析,有必要时,才可以取更多的振型。建筑抗震设计规范在条文说明中明确指出:振型数可以取振型参与质量达到总质量9 0%所需的振型数。如:对于某一建筑,选取的振型数为15,但振型参与质量系数只有50%,说明振型数取得不够,可能由于此建筑过于复杂或由于某些杆件不连续导致局部震动引起的,应仔细复核。
4.结构周期折减系数
框架结构由于填充墙的存在,使结构的实际刚度大于计算刚度,计算周期大于实际周期。因此,算出的地震作用效应偏小,使结构偏于不安全,因而对结构的计算周期进行折减是必要的,但如果折减系数取得过大也是不妥当的。对于框架结构来说,采用砌体填充墙时,周期折减系数可根据填充墙的材料及数量选取0.6~0.7:砌体填充墙较少或采用轻质砌块时,可取0.9:无墙的纯框架,计算周期可以不折减。
5.梁刚度放大系数
结构设计计算软件的输入模型均为矩形截面,未考虑因存在楼板形成T型截面而引起的刚度增大,造成结构的实际刚度大于计算刚度,算出的地震剪力偏小,使结构偏于不安全。因此计算时应将梁刚度进行放大,放大系数中梁取2.0、边梁取1.5为宜。
四、框架结构构造配筋
1.框架外挑梁配筋
由于占地面积的限制、使用功能的要求或结构上的原因,工程上常在框架的梁端设计挑梁。由于框架梁的荷载与外挑梁的实际荷载值不同,因而框架梁与外挑梁的断面尺寸会有所不同,而有的设计人员在绘图时只是将框架梁上的某些主筋向外挑梁延伸了事,殊不知有些主筋根本无法伸进挑梁,这些差错一般在施工时才会暴露出来,但为时已晚,许多钢筋已截断成型,这不仅影响了施工进度,而且也造成了不必要的损失。
框架梁外挑梁下常设置钢筋混凝土柱。在柱的内力和配筋计算中,有些设计人员对其受力概念不清,误认为此为构造柱,并且其配筋为构造配筋,悬臂梁也未按计算配筋,这样有可能导致水平荷载作用下承载力不足,为事故的发生埋下隐患。
2.框架边柱柱顶配筋
对于框架结构的高层建筑,水平荷载对结构的倾覆力矩以及由此在竖向构件中所引起的轴力与建筑高度的平方成正比;顶点位移与建筑高度的4次方成正比。水平荷载是结构设计中的控制因素。框架顶层的风荷载较大,而屋面结构荷重传给边柱的轴向总力比楼层边柱总力要小,显然柱顶有大偏心问题,顶层边柱节点出现轴向力对截面重心的偏心距大于0.5倍的柱截面高度。根据框架结构的构造要求,横梁上部钢筋应全部伸人柱内,且伸过横梁下边;柱内一部分钢筋伸到顶端,另一部分钢筋伸到横梁内,其根数依据计算确定且不少于2根。设计人员在图中经常容易将边柱柱角的钢筋弯入梁内,对这类问题,缺乏实践经验的工程技术人员不易立即发现,而要等施工时才会察觉。问题的症结在于柱宽大于梁宽,柱角的纵筋要完全伸人梁内是办不到的,对这种差错应引起设计人员的重视。
3.框架梁、柱箍筋配置
《混凝土结构设计规范》对不同抗震等级的框架梁、柱箍筋加密区的最小箍筋直径和最大箍筋间距都作了明确规定。根据这些规定,工程习惯上常取的梁、柱箍筋加密区最大间距为100 mm,非加密区箍筋最大间距为200 mm。电算程序信息中通常也内定梁、柱箍筋加密区间距为100 mm,由设计人员根据规范确定箍筋直径和肢数。但是,在程序内定的条件下,当框架梁的跨中部位有次梁或有较大的其他集中荷载作用却仅配两肢箍筋时,多数情况下,非加密区箍筋间距若仍是200 mm,会使梁的非加密区配箍不足。当框架梁中由于种种原因纵向钢筋超筋时,梁端适当加大抗剪承载力对结构抗震非常有利。这也是当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时,规范规定梁的箍筋直径应比最小构造直径增大2 mm的原因。对于框架柱,当框架内定柱加密区箍筋间距为100 mm时,在某些情况下,亦可能因非加密区箍筋间距采用200 mm引起配箍不足。这里需要指出的是,梁、柱箍筋非加密区配箍验算时可不考虑强剪弱弯的要求,即剪力设计值取加密区终点处外侧的组合剪力设计值,并且不乘以剪力增大系数。
结语
建筑框架设计的造型与功能的要求日趋多样,设计过程中遇到的难点也日益增多,上述的建筑框架结构设计的几个问题都是比较常见的,却又是很多设计人员没有引起足够的重视,时常被施工方忽略。设计人员在进行建筑框架结构设计时,不仅要熟悉国家所规定的硬性要求和遵循各种规范,还要依据实际工作的经验,合理利用计算机技术,选择合适的参数指标和结构体系,大胆灵活的处理和解决结构方案上相关的问题,在工作中不断的进步和完善。
参考文献:
[1]GB50011--2001,建筑抗震设计规范[S].
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