房屋建筑混凝土框架结构设计分析

陈亮亮

【摘要】钢筋混凝土框架的抗震能力是土建工程抗震水平的基础，而框架结构抗震能力的本质是其抗震延性，提升延性就能够增强钢筋混凝土框架结构的抗震能力，本文对房屋建筑混凝土框架结构设计分析，以供参考。

【关键词】房屋建筑 混凝土框架 结构设计

前言

19 世纪下半期开始，钢筋混凝土作为结构材料在工业文明的潮流下广泛得到应用，并且因为其本身的材料特性优于其他结构材料而在房屋建筑和土木工程中也得到空前的应用和发展，而后相继在材料、设计方法、制作工艺、施工技术等方面也大显身手。目前，随着我国经济的飞速发展，城市面貌日新月异，一栋栋高楼大厦拔地而起。混凝土也已经成为我国工程建设中最主要的结构材料之一。

一、框架结构的特点

钢筋混凝结构的上框架属于完整的结构体系，具有较好的抗震性以及抗风性，其是由梁和柱的刚性连接所组成骨架结构体，它属于几何不变体，因此结构稳定性强。另外，上框架结构中具有灵活的平面布置，轻便的质量以及良好的延展性，是建筑物的基础框架。

1、简单性。

结构的简单是指结构具有直接和明确的传力途径，结构的计算模型、内力和位移分析以及限制薄弱部位出现都容易把握。在荷載的作用下，结构的传力路线越短、越直接，结构的工作效能就越高，所耗费的建材也就越少。

2、规则和均匀性。

沿着建筑物的竖向，建筑的造型和结构的布置比较均匀，避免刚度。承载能力和传力途径的突变，以限制结构在竖向某一楼层或极少数几个楼层出现敏感的薄弱部位，这些部位将产生过大的应力集中或者过大的变形，容易导致结构过早倒塌；建筑平面比较规则，平面内的结构布置比较均匀，使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递，并使质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间的偏心。

3、结构的刚度和抗震能力。

结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用，通常，可使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力；另外还要使结构具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。

4、结构的整体性。

多高层建筑结构中，楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用，它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构，而且要使这些子结构能协同承受地震作用，特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或各抗侧力子结构水平变形特征不同时，整个结构就要依靠楼盖使各抗侧了子结构能协同工作。

二、结构设计的具体内容介绍

1、荷载的计算

荷载包括外部荷载和内部荷载上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。

2、构件的试算

根据计算出的荷载值，构造措施要求，使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。

3、内力的计算

根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算，包括弯矩，剪力，扭矩，轴心压力及拉力等。

4、构件的计算

根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。施工图设计阶段的内容为：根据上述计算结果，来最终确定构件布置和构件配筋以及根据规范的要求来确定结构构件的构造措施。

三、振型组合数的合理选取

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，但不能超过结构层的3倍，只有定义弹性楼板且按总刚分析法分析时，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90% 所需的振型数。目前S a t w e 等程序已有这种功能，这是一个重要指标。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，可能是由于此建筑过于复杂或由于某些杆件不连续导致局部振动引起的，应仔细复核。

四、多层框架基础设计的注意点

1、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。

2、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，建筑物的体形、结构类型和荷载性质与大小，还要考虑地下水的影响。

3、多层房屋一般采用条形基础或独立基础

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。

4、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。

五、框架柱设计的几个问题

1、电梯井的问题

由于在地震作用下高层框架结构的位移较难控制， 而多层框架结构的位移控制要比其容易许多，故对于多层的钢筋混凝土框架结构电梯井，完全可以采用框架加填充墙形式， 只是这时应加密填充墙构造柱，且应注意加强电梯井周围的框架梁柱的配筋，因其刚度影响在计算中无法反映出来。若要将电梯井做成钢筋混凝土形式，由于井筒会吸收较大地震力，相应减少框架部分吸收的地震力，则框架部分偏于不安全，且井筒基础设计也较为困难，故应对整个结构按有无钢筋混凝土井筒分别计算，取最不利结果配筋，且对井筒墙壁采取做薄墙厚、构造配筋、开竖缝、开计算洞等办法来弱化电梯井刚度。这样的墙体布置，在地震作用下不至于由于电梯井筒的破坏，而导致结构整体丧失稳定性。

2、框架柱配筋的调整

框架柱的配筋率一般都很低，有时电算结果为构造配筋，但是实际工程中均不会按此配筋。因为在地震作用下的框架柱，特别是角柱，所受的扭转剪力最大，同时又受双向弯矩作用，而横梁的约束又较小，工作状态下处于双向偏心受压状态，所以其震害严重于内柱。对于质量分布不均匀的框架结构尤为明显。为了满足框架柱在多种内力组合下的强度要求，在配筋计算时应注意：选择最不利的方向分别进行框架计算，也可对两个方向均进行计算后取较大方向的配筋，并采用对称配筋；控制柱的单边方向纵筋的最少根数；将构造配筋的框架柱的配筋适当放大。

3、框架柱的计算长度

为了增加房屋底部的整体性，减少位移，有时在±0.000mm附近设置基础连系梁。此时底层柱H不应按GB5001022002混凝土结构设计规范规定取用，因为基础连系梁被分成了两部分。如果H值取基础连系梁顶面到一层楼盖顶面的高度，显然不合适，因为基础连系梁的设计有时仅为构造设计，无法平衡底部柱脚的弯矩，也无法为上部结构的嵌固部分。理想的做法是：将基础连系梁以下的部分看作底层，柱的H 值取基础顶面到连系梁顶面的高度， 而把实际建筑的底层作为第二层考虑，层高H 取连系梁顶面到一层楼面的高度。此时，底层柱的配筋应取基础连系梁顶面和基础顶面中较大的内力进行设计，并且连系梁应按框架梁进行设计。

结束语

总之，在进行钢筋混凝土框架结构的设计时，需要在工程实践中不断的总结、积累相关的经验，争取让建筑工程满足技术性、经济性、安全性的相关要求。同时也能为以后的设计工作打下良好的基础。

参考文献

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