浅谈钢筋混凝土框架结构设计要点有哪些?

【摘 要】现在越来越多的建筑物使用钢筋混凝土结构,故钢筋混凝土结构在整个建筑市场起到越来越重要的地位。在钢筋混凝土结构设计中,每个设计者的经验不同,对规范的理解不同,所以在处理某个设计问题时,也就会采取不同的处理方法。本文主要论述了钢筋混凝土框架结构的受力特点,以及钢筋混凝土框架结构设计的一般过程。可供此类工程设计人员参考借鉴。

【关键词】框架结构;建筑设计;结构设计

前言

随着我国钢材量的不断提高,钢筋混凝土组合结构在建筑行业得到了迅速发展,随着建筑造型和建筑功能要求日趋多样化,无论是工业建筑还是民用建筑,在结构设计中遇到的各种难题也日益增多,因而作为一个结构设计者需要在遵循各种规范下大胆灵活的解决一些结构方案上的难点、重点。

一、钢筋混凝土框架结构的受力特点分析研究

框架结构由梁柱杆系构成,能够承受竖向和水平荷载作用的承重结构体系。一般设计成双向梁柱抗侧力体系,主体结构均宜采用刚接模式。抗震设计时,为协调变形和合理分配内力,框架结构不宜设计成单跨结构。竖向荷载作用下,框架结构以梁受弯为主要受力特点,梁端弯矩和跨中弯矩成为梁结构的控制内力。水平荷载作用下,框架柱承担水平剪力和柱端弯矩,并由此产生水平侧移,在梁柱节点处,由于协调变形使梁端产生弯矩和剪力。因此产生于柱上下端截面的轴力、弯矩和剪力是柱的控制内力。在多高层建筑中,抵抗水平力成为确定和设计结构体系的关键问题。多高层建筑中常用的结构体系有框架,剪力墙,框架剪力墙,筒体以及组合高层建筑随着层数和高度的增加作用对地震作用和风荷载,高层建筑的承载能力、抗震性能、材料用量和造价高低,与其所采用的结构体系又密切相关。不同的结构体系适用于不同的层数、高度和功能。

二、钢筋混凝土框架结构设计程序分析研究

1、结构布置———结构方案的确定。一是柱网布置。框架结构的柱网布置既要满足生产工艺和建筑平面布置的要求,又要使结构受力合理,施工方便。总的原则是均匀、对称、受力合理、传力可靠。建筑平面布置主要有内廊式、统间式、大宽度式等几种。与此相应,柱网的布置方式可以分为内廊式、等跨式、对称不等跨式等几种。二是承重框架的布置。抗震设防区,柱在两个方向均应有梁拉结,亦即沿房屋纵横向均应布置梁系。因此,实际的框架结构是一个空间受力体系。但为计算分析方便起见,把实际框架结构看成纵横两个方向的平面框架。纵向框架和横向框架分别承受各自方向上的水平力,而楼面竖向荷载则依据楼盖结构布置方式的不同而按不同的方式传递。对于现浇平板楼盖,竖向荷载向距离较近的梁上传递。三是次梁的布置。洞口边 (楼梯,电梯井)、隔墙下要布置次梁。再者,在结构需要的地方,如为满足板跨 4m ,也要布置次梁。

2、结构分析与设计。一是结构分析基本原则。结构按承载能力极限状态计算和按正常使用极限状态验算时,应按国家现行有关标准规定的作用(荷载)对结构的整体进行作用(荷载)效应分析;必要时,尚应对结构中受力状况特殊的部分进行更详细的结构分析。结构分析中所采用的各种简化和近似假定,应有理论或试验的依据,或经工程实践验证。计算结果的准确程度应符合工程设计的要求。结构分析应符合下列要求:满足力学平衡条件;在不同程度上符合变形协调条件,包括节点和边界的约束条件;采用合理的材料或构件单元的本构关系。二是结构分析的方法。结构分析时,宜根据结构类型、构件布置、材料性能和受力特点等选择下列方法:线弹性分析方法;考虑塑性内力重分布的分析方法;塑性极限分析方法;非线性分析方法;试验分析方法。结构设计的内容一般包括屋盖、楼盖的设计;框架设计;基础设计三大部分。

三、钢筋混凝土框架结构设计中需注意的问题分析研究

1、在体系的选择方面需注意:①由于在发生地震时,框架柱首当其冲,一旦出现塑性铰,将危及该柱距范围内的上层建筑,并可能引起相邻柱距范围的上层建筑连续倒塌,所以框架结构不宜采用单跨形式;且纵横两个方向的水平地震作用都由抗侧力构件承担,结构应设计成双向框架体系;②框架结构的柱与梁宜上下左右贯通,不宜采用复式框架;以及砖混框—剪结构。③在填充墙的布置方面:宜采用轻质材料,且应避免形成上、下层刚度变化过大;避免形成短柱;减少因抗侧刚度偏心所造成的扭转。

2、在建筑设计方面需注意:①要先对建筑外观、建筑面积、建筑高度、层高和室内净高进行设计;②然后对局部进行设计,如地下室墙身、楼地面、顶棚、屋面、楼面、坡面及楼梯位置,消防要求等进行设计。各部分都要按照规范要求进行设计。③最后要明确框架结构的抗震级数,采用规则结构以利于房屋抗震,按照“三统一”的原则,确定柱网尺寸,确定材料及截面尺寸,以及基础的选定。

3、在结构设计方面需注意:①首先根据不同的设计要求选取不同的荷载代表值来进行承载力计算;②进行变形验算。③进行横向水平与纵向水平地震的作用计算。

4、在地基基础设计时需注意:①首先要正确地阅读和使用地质报告熟悉勘察报告的主要内容,了解勘察结论和计算指标的可靠程度,进而判断报告中的建议对该项工程的适用性。这里,要把场地的工程地质条件与拟建建筑物的具体情况和要求联系起来进行综合分析。在满足承载力和变形的基本要求下,尽量采用比较经济的天然地基上的浅基础。地基持力层的选择应从地基基础和上部结构的整体性出发,综合考虑场地土层的分布情况及稳定性,土层的物理力学性质,建筑物的体型、结构类型和荷载性质与大小,还要考虑地下水的影响。②一般先由地基承载力和变形确定基础底面尺寸,然后再进行基础截面设计验算。基础高度由混凝土抗冲切和剪切条件确定,基础配筋则由基础验算截面的抗弯能力确定。除满足计算要求以外,还要满足一些规范规定的构造要求。要注意的是,在确定基础底面尺寸或计算基础沉降时,应考虑设计地面以下基础及其上覆土重力的作用;而在进行基础截面设计中,应采用不计上覆土重力作用时的地基净反力进行计算。③在地基处理时,要针对地质报告条件和水文地质条件选用合适的地基处理方法。要特别注意所选的方法必须符合土力学的基本原理和重视当地的实际工程经验。要有长期荷载重心和基础形心尽量相重合的概念。要有基础整体性的概念,通过增设基础连系梁和基础圈梁等措施来保证。

5、设计人员还要进行“三水准、两阶段”设计方法进行抗震设计:①做好“强柱弱梁”的设计。由于框架柱受轴向压力作用,其延性通常比梁的延性小,一旦框架柱先于框架梁出现塑性铰,就会产生较大的层间位移,甚至形成同层各柱上下端同时出现塑性铰的“柱铰结构”,从而危及结构承受垂直荷载的能力;②做好“强剪弱弯”的设计。为了防止梁端,柱端在弯曲屈服前出现脆性剪切破坏,在设计中要求做到“强剪弱弯” 亦即构件的受剪承载力要大于构件弯曲时实际达到的剪力。

四、结语

钢筋混凝土框架结构设计中仍有许多需要注意的问题,只有熟练地掌握相关规范,并具有良好的结构概念,才能设计出即安全又经济适用的优秀作品。设计人员要从一个个基本的构件算起,深刻理解规范和规程的含义,并密切配合其它专业来进行设计。在工作中应善于反思和总结经验与教训。

参考文献

[1]沈蒲生.建筑工程毕业设计指南[M ].北京:高等教育出版社,2007.

[2]蒋鲁蓉.钢筋混凝土框架结构设计有关问题的初步探讨[J].山西建筑,2008

[3]钟彩霞.浅析框架结构设计[J].广州科技建筑与设计专版,2007

[4]吴有来.浅谈地基处理及基础设计[J].广东建材建筑设计与装饰,2006


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