概念設(shè)計(jì)在鋼框架中的應(yīng)用

1、<p>　　概念設(shè)計(jì)在鋼框架中的應(yīng)用</p><p>　　【摘要】隨著建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化，無(wú)論是工業(yè)建筑還是民用建筑，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的各種難題也日益增多，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建設(shè)工程設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，是保障建筑結(jié)構(gòu)安全、實(shí)現(xiàn)建筑使用功能的靈魂。文章針對(duì)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決措施。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】鋼框架；抗震概念；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

2、；問(wèn)題 </p><p>　　一、概念設(shè)計(jì)與抗震概念設(shè)計(jì) </p><p>　　概念設(shè)計(jì)的提法起源于英美等國(guó)，他們將設(shè)計(jì)工作分成“概念設(shè)計(jì)”、“基本設(shè)計(jì)”與“詳細(xì)設(shè)計(jì)”。它是以工程概念為依據(jù)，用符合工程規(guī)律和本質(zhì)的方法，對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象作客觀的控制。具體而言就是制定方案，包括總體系和分體系布局及處理原則。其宗旨是在特定的建筑空間和環(huán)境條件下用整體概念考慮總體方案，有意識(shí)發(fā)揮和利用總體系與各基本分

3、體系之間的力學(xué)特性關(guān)系。在建筑方案階段，應(yīng)用概念性近似計(jì)算方法，能迅速有效對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較和選擇。 </p><p>　　抗震概念設(shè)計(jì)是概念設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。我國(guó)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB5011-2001》中指出建筑抗震概念設(shè)計(jì)是指根據(jù)地震災(zāi)害及工程經(jīng)驗(yàn)等所形成基本設(shè)計(jì)思想。進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置，并確定細(xì)部構(gòu)造過(guò)程。即在建筑抗震設(shè)計(jì)之前，為了實(shí)現(xiàn)“小震不壞、中震可修、大震不倒”三水準(zhǔn)抗震預(yù)防標(biāo)準(zhǔn)。本著以

4、預(yù)防為主的方針，以工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)建筑物造型、平立面布局、結(jié)構(gòu)體系選取、建筑材料的使用等方面采取一系列有利于增強(qiáng)建筑物抗震性能的方法、措施和手段。 </p><p>　　二、抗震概念設(shè)計(jì)在鋼筋混凝土框架中的應(yīng)用 </p><p>　　2.1 梁的抗震措施 </p><p>　　為了保證梁有足夠的延性，提高塑性鉸區(qū)壓區(qū)混凝土的極限壓應(yīng)變值，并防止在塑性鉸區(qū)內(nèi)最終

5、發(fā)生斜裂縫破壞，在梁端縱筋屈服范圍內(nèi)加密封閉式箍筋，對(duì)提高梁的變形能力十分有效。同時(shí)，為了防止壓筋過(guò)早壓曲，應(yīng)嚴(yán)格遵照《抗震規(guī)范》限制箍筋的間距。 </p><p>　　梁內(nèi)縱筋錨固在反復(fù)恒載作用下，在縱向鋼筋埋入梁柱節(jié)點(diǎn)的相當(dāng)長(zhǎng)度范圍內(nèi)，混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)力將發(fā)生嚴(yán)重破壞。因此，應(yīng)注意在地震作用下框架梁中縱向鋼筋的錨固長(zhǎng)度，一般應(yīng)比《結(jié)構(gòu)規(guī)范》中所規(guī)定的受拉鋼筋基本錨固長(zhǎng)度大。 </p>&l

6、t;p>　　2.2 柱的抗震措施 </p><p>　　柱的平均剪應(yīng)力太大，會(huì)使柱產(chǎn)生脆性的剪切破壞。平均壓應(yīng)力或軸壓比太大會(huì)使柱產(chǎn)生混凝土壓碎破壞。為了使柱有足夠的延性，柱截面尺寸應(yīng)符合以下要求：柱截面的長(zhǎng)邊應(yīng)小于柱凈高的1/4，且柱截面的寬度不宜小于300mm；當(dāng)剪壓比保持較低時(shí)，可獲得較好的延性，為此柱端截面的平均剪應(yīng)力一般宜小于3N/mm。 </p><p>　　柱縱向鋼筋的

7、配置。柱中縱向鋼筋宜對(duì)稱配筋：為了保證柱有足夠的延性，柱的最小配筋率必須滿足《抗震規(guī)范》要求；縱向鋼筋的接頭，一級(jí)框架應(yīng)采用焊接接頭；二級(jí)宜采用焊接接頭，而底層柱根應(yīng)焊接；三級(jí)可采用搭接，而底層柱根宜焊接；直徑大于32mm的鋼筋必須采用焊接。在縱向鋼筋連接區(qū)段內(nèi)宜加密箍筋，防止縱向鋼筋的壓曲，增加粘結(jié)度。 </p><p>　　柱的箍筋。在地震力的反復(fù)作用下，柱端鋼筋保護(hù)層往往首先碎落。這時(shí)，如無(wú)足夠的箍筋約束，

8、縱筋就會(huì)向外膨曲，柱端破壞。箍筋對(duì)柱的核心混凝土起著有效的約束作用，提高配箍率可以顯著提高受壓混凝土的極限壓應(yīng)變，從而有效增加柱的延性。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)遵照《抗震規(guī)范》對(duì)框架柱的箍筋構(gòu)造要求。 </p><p>　　2.3 計(jì)算簡(jiǎn)圖的處理 </p><p>　　結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算簡(jiǎn)圖選取的正確與否，直接影響到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，其中比較典型的是基礎(chǔ)梁的處理。一般情況下，基礎(chǔ)梁設(shè)置在基礎(chǔ)高度范圍

9、內(nèi)，作為基礎(chǔ)的一部分，此時(shí)結(jié)構(gòu)的底層計(jì)算高度應(yīng)取基礎(chǔ)頂面至一層樓板頂面的高度?；A(chǔ)梁僅考慮承擔(dān)上部墻體荷載，構(gòu)造滿足普通梁的要求即可。當(dāng)按規(guī)范要求需設(shè)置基礎(chǔ)拉梁時(shí)，其斷面和配筋可按構(gòu)造設(shè)計(jì)，截面高度取柱中心距的1/12～1/18，縱向受力鋼筋取所連接的柱子的最大軸力設(shè)計(jì)值的10%作為拉力來(lái)計(jì)算。但是，當(dāng)基礎(chǔ)埋深過(guò)大時(shí)，為了減少底層的計(jì)算高度和底層的位移，設(shè)計(jì)者往往在±0.000以下的某個(gè)適當(dāng)位置設(shè)置基礎(chǔ)拉梁。此時(shí)，基礎(chǔ)拉梁應(yīng)作

10、為一層輸入，底層計(jì)算高度應(yīng)取基礎(chǔ)頂面至基礎(chǔ)拉梁頂面的高度，二層計(jì)算高度應(yīng)取基礎(chǔ)拉梁頂面至一層樓板頂面的高度。拉梁層無(wú)樓板，應(yīng)開(kāi)洞處理，并采用總剛分析方法進(jìn)行計(jì)算?；A(chǔ)拉梁截面及配筋按實(shí)際計(jì)算結(jié)果采用。若因此造成底層框架柱形成短柱，應(yīng)采取構(gòu)造措施予以加強(qiáng)。另一個(gè)需要注意的是，當(dāng)框架結(jié)構(gòu)的電梯井道采用鋼筋混凝土井壁時(shí)（設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免），計(jì)算簡(jiǎn)圖一定要按實(shí)際情況輸入，否則可能會(huì)造成頂部框架柱設(shè)計(jì)不安全。 </p><p&

11、gt;　　注意重點(diǎn)?？拐痱?yàn)算時(shí)不同的樓蓋及布置（整體性）決定了采用剛性、剛?cè)帷⑷嵝岳碚撚?jì)算?？拐痱?yàn)算時(shí)應(yīng)特別注意場(chǎng)地土類別。8度超過(guò)5層有條件時(shí)，盡量加剪力墻，可大大改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。框架結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成雙向梁柱剛接體系，但也允許部分的框架梁搭在另一框架梁上。應(yīng)加強(qiáng)垂直地震作用的設(shè)計(jì)，從震害分析，規(guī)范給出的垂直地震作用尚存異議。雨篷不得從填充墻內(nèi)出挑。大跨度雨篷、陽(yáng)臺(tái)等處梁應(yīng)考慮抗扭?？蚣芰骸⒅幕炷恋燃?jí)宜相差一級(jí)。由于某些原因造成梁或

12、過(guò)梁等截面較大時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算構(gòu)件的最小配筋率。出屋面的樓電梯間不得采用磚混結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)中的電梯井壁宜采用粘土磚砌筑，但不能采用磚墻承重。 </p><p>　　三、從概念設(shè)計(jì)上著手注意幾個(gè)問(wèn)題 </p><p>　　3.1 關(guān)于強(qiáng)柱弱梁節(jié)點(diǎn) </p><p>　　這是為了實(shí)現(xiàn)在罕遇地震作用下，讓梁端形成塑形鉸，柱端處于非彈性工作狀態(tài)，而沒(méi)有屈服，但節(jié)點(diǎn)還處于彈性工作階

13、段。強(qiáng)柱弱梁措施的強(qiáng)弱，也就是相對(duì)于梁端截面實(shí)際抗彎能力而言柱端截面抗彎能力增強(qiáng)幅度的大小，是決定由強(qiáng)震引起柱端截面屈服后塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能否不超過(guò)其塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力，而且不致形成側(cè)移機(jī)構(gòu)，從而使柱不被壓潰的關(guān)鍵控制措施。柱強(qiáng)于梁的幅度大小取決于梁端縱筋不可避免的構(gòu)造超配程度的大小，以及結(jié)構(gòu)在梁、柱端塑性鉸逐步形成過(guò)程中的塑性內(nèi)力重分布和動(dòng)力特征的相應(yīng)變化。因此，當(dāng)建筑許可時(shí)，盡可能將柱的截面尺寸做得大些，使柱的線剛度與梁的線剛度的比值盡可能大于1

14、，并控制柱的軸壓比滿足規(guī)范要求，以增加延性。驗(yàn)算截面承載力時(shí)，人為地將柱的設(shè)計(jì)彎距按強(qiáng)柱弱梁原則調(diào)整放大，加強(qiáng)柱的配筋構(gòu)造。梁端縱向受拉鋼筋的配筋不得過(guò)高，以免在罕遇地震中進(jìn)入屈服階段不能形成塑性鉸或塑性鉸轉(zhuǎn)移到立柱上。注意節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，讓塑性鉸向梁跨內(nèi)移。 </p><p>　　3.2 關(guān)于“強(qiáng)剪弱彎”措施 </p><p>　　強(qiáng)剪弱彎是保證構(gòu)件延性，防止脆性破壞的重要原則，它要求人為加大

15、各承重構(gòu)件相對(duì)于其抗彎能力的抗剪承載力，使這些部位在結(jié)構(gòu)經(jīng)歷罕遇地震的過(guò)程中以足夠的保證率不出現(xiàn)脆性剪切失效。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)中的框架梁應(yīng)注意抗剪驗(yàn)算和構(gòu)造，使其滿足相關(guān)規(guī)范要求。 </p><p>　　3.3 注意構(gòu)造措施 </p><p>　　對(duì)于大跨度柱網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)，在樓梯間處的框架柱由于樓梯平臺(tái)梁與其相連，使得樓梯問(wèn)處的柱可能成為短柱，應(yīng)對(duì)柱箍筋全長(zhǎng)加密。這一點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中容易被忽視，應(yīng)

16、引起重視。對(duì)框架結(jié)構(gòu)外立面為帶形窗時(shí)，因設(shè)置連續(xù)的窗過(guò)梁，使外框架柱可能成為短柱，應(yīng)注意加強(qiáng)構(gòu)造措施。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度略超過(guò)規(guī)范限值，建筑功能需要不允許留縫時(shí)，為減少有害裂縫（規(guī)范規(guī)定裂縫寬度小于0.3mm），建議采用補(bǔ)償混凝土澆筑。采用細(xì)而密的雙向配筋，構(gòu)造間距宜小于150mm，對(duì)屋面宜設(shè)置后澆帶，后澆帶處按構(gòu)造措施宜適當(dāng)加強(qiáng)。其它構(gòu)造措施限于篇幅，這里不再贅述，請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)新規(guī)范。 </p><p><b&g