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浅谈某多层框架建筑的结构设计

简介:结合工程实际情况和对比计算结果,着重介绍该建筑的梁、板、柱设计思路和电算后的结果分析,结构设计中经常会遇到一些规范或规程未论及的问题,这就需要设计人员积累经验,利用正确的概念进行设计。
关键字:结构设计 桩基 合理布局

  工程概况:拟建工程为长乐市航城镇下朱村村建1号楼。本工程位于长乐市航城镇下朱村,是一幢底层商业网点的单元式住宅楼,建筑面积8994M2,建筑层数为6.5层,总高度23.5m,建筑占1260m2,详见附图1, 附图 2结构平面图。

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  图 11 未调整的H轴平法标注图

  (1)现有的应用软件可根据计算机配筋值一次性自动生成梁的平面整体表示法配筋图,大大地方便了设计人员,但设计者还应根据施工的可行性作调整,若不认真复查会出现类示图11的配筋.图11中如图示:2ф18为贯通筋,轴4支座的非贯2ф16,伸出柱两边的长度均为大跨之净跨的1/3即1600mm,轴5支座非贯通筋2ф14伸出支座柱两边的长度也是大跨净值的1/3,为1600mm.两种非贯通筋相互重叠,不仅难以施工,还造成不必要的浪费,此时应根据实际情况调整轴4,5支座的非贯通筋,可将轴4改为2ф18+3ф14或轴5改为2ф18+2ф16,以满足施工要求.

  (2)根据目前工程施工的实际情况,梁截面较高时,由于砼养护不当造成梁侧裂缝较常见,除施工部门需加强养护措施外,设计部门在绘图时,就应在平法构造图的基础上加大梁侧腰筋的直径和根数.

  (3)大跨度的梁挠度,裂缝宽度均应验算,潮湿环境中的大梁更应根据实配钢筋计算裂缝宽度平法制图时集中力作用点处的吊筋和附加箍筋应认真核算,尤其是楼梯间处梯梁常与大梁不在同一张图中表示,不能漏设附加箍筋,必要时对一些受力复杂的梁应画详图表示.

七、电算结果的人工调整

  7.1梁,柱截面尺寸的调整

  设计人员根据教科书建议的梁,柱截面尺寸的取值范围,结合自已的经验先对所有构件的大小初步确定一个尺寸.此时须注意尽可能使柱的线刚度ic与梁的线刚度iB的值大于1.这是为了实现在罕遇地震作用下,让梁端形成塑性铰时,柱端仍可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的目的.即“强柱弱梁强节点”。将初步确定的尺寸输入计算机进行试算,一般可得到下述三种结果

  (1)部分梁、柱仅为构造配筋。此时,可根据电算显示的梁的裂缝宽度和柱的轴压比大小适当减小梁、柱的截面尺寸再试算。

  (2)部分梁显示超筋或裂缝宽度>0.3mm,部分柱的轴压比超限或配筋率过大(试算时可控制柱的配筋率不大于3%).此时,可适当放大这部分梁、柱的截面尺寸再试算。

  (3)梁、柱的截面尺寸均合适,勿需调整。此时,要进一步观察梁、柱的配筋率是否合适。

  7.2梁、柱的适宜配筋率

  原则:掌握配筋率“适中”为宜。这个“适中”指在规范规定的区间内取中间段,其值约相当于定额含钢量。规范规定框架梁的纵向受拉钢筋最小配筋率为0.2%,最大配筋率为2.5%;框架柱的纵向钢筋配筋率区间为0.5%-4%.

  对于框架梁,其纵向受拉钢筋的配筋取0.4%-1.5%较适宜.对于框架柱,其全部纵向受力钢筋的配筋率取1%-3%较适宜.梁、柱配筋率的上限在试算阶段宜留有一定余地,因为下一步梁、柱配筋的调整还需要一定空间。

  7.3 框架梁配筋的调整

  框架梁显示的配筋是梁按强度计算的配筋量,调整的目的是解决梁的裂缝宽度超限和“强剪弱弯”的问题。

  设计人如不注意框架梁的裂缝宽度是否超限即出施工图,这样的图纸存在有不符合规范的缺陷。仔细检查梁的裂缝宽度,如果改用小直径的钢筋后梁的裂缝宽度仍然超限,就要增加梁的配筋或加大梁的截面尺寸,调整至满足规范要求。

  框架结构设计中,应力求做到在地震作用下框架梁的梁端斜截面受剪承载力应高于正截面受弯承载力。即“强剪弱弯”。具体在调整梁的配筋时,笔者建议可做以下几项调整:(1)梁端负弯矩钢筋可缩小(系数采用0.85);(2)梁的跨中受拉钢筋可放大1.1-1.3倍;(3)梁端箍筋的直径可增加2mm;(4)按构造要求对于跨度大于6m的框架梁设弯起钢筋。

  7.4 框架柱配筋的调整

  框架柱的配筋率一般都很低,电算结果往往是构造配筋即可。按柱的构造配筋率0.8%配筋,只相当于定额指标的1/2-2/3,有经验的设计者是不会采用的。因为受地震作用的框架柱,尤其是角柱和大开间、大进深的边柱,一般均处于双向偏心受压状态,而电算程序则是按两个方向分别为单向偏心受压的平面框架计算配筋,结果往往导致配筋不足。框架柱配筋的调整可做以下几项:

  (1)应选择最不利的方向进行框架计算,也可两个方向均进行计算后比较各柱的配筋,取其较大值,并采用对称配筋。

  (2)调整柱单边钢筋的最小根数:柱宽≤450mm时3根,450mm<柱宽≤750mm时4根,750mm<柱宽≤900mm时5根。

  (3)将框架柱的配筋放大1.2-1.6倍。其中角柱放大多些(不小于1.4倍),边柱次之,中柱放大小些(1.2倍)。

  (4)由于多层框架时电算常不考虑温度应力和基础不均匀沉降问题,当多层框架水平尺寸和垂直尺寸较大以及地基软弱土层较厚或地基土层不均匀时,再适当放大一点框架柱的配筋也是可以理解的。具体放大多少,就要由设计人的经验决定了。

  (5)框架柱的箍筋形式应选菱形或井字形,以增强箍筋对混凝土的约束。柱箍筋直径宜增加2mm。

八、结语

  由本工程的结构设计,我们可以看到,地震作用比较复杂,而计算时只是简单地变任意方向为两个主轴方向,变弹塑性分析为弹性分析。故得出的结论不一定与实际情况完全相符。所以我们在认真计算的基础上还应重视概念设计,采取有效的构造措施等等。另外,我们还应从结构的整体着眼,针对一些薄弱环节如应力集中部位,连接节点,主要抗侧力构件等进行加强处理。综上所述个人总结了以下几点:

  (1)从板的设计思想可以看出不论是对板厚的选取还是板的配筋设计都不仅仅考虑其结构要有足够的承载力,还要考虑其总体的经济效益。根据经验,板厚一般取1/35的板跨,这既能满足厚度与跨度的最小比值:四边简支为1/40,连续板为1/50,又能满足施工中各种工种管线交叉时所需的最小板厚的要求。板的配筋主要要注意板面标高不一样处负筋要断开。另外,对某些温度变化大的板块或大板块在板面无负筋处加0.1%的温度钢筋。

  (2)像本工程这种住宅楼选用主次梁楼盖能实现居家对各种不同功能房间的不同布局的要求。从上文的分析中很明显就可以看出:

  (a)柱网设计成矩形比设计成正方形更合理。另一方面选择短跨为主梁长跨为次梁可以创造一个较小的楼盖高度。这对于现在的商品住宅建筑非常重要。

  (b)本工程在框架梁的弹性受力分析和承载力计算时考虑现浇板共同工作,根据工程师建议和PKCAD手册的规定的取值范围梁端弯矩的调幅系数取0.85,跨中弯矩的调幅系数取1.2,梁扭矩折减取0.4,中梁刚度增大取1.7

  (c)根据变形协调条件主次梁应考虑作为一个整体共同受力,而不能彼此分开单独考虑。当主梁两侧次梁跨度相差太大要考虑次梁对主梁产生的扭矩作用,这时不能把此端的次梁设置成铰接。

  (3)柱子设计控制轴压比是关键。本工程3级抗震轴压比限制为0.9。工程中为了保证柱子的延性使柱子发生大偏心受压破坏一般控制轴压比在0.7-0.8之间。但从上文的分析中有许多对轴压比有利的影响因素。只要控制好这些因素,可以适当的提高一些轴压比的限值。根据同济大学 肖建庄的《混凝土框架轴压比限值分析》中可以看出,一般可以提高0.05,这就可以适当减小底层柱截面。

  (4)电算只能是一种工具,设计时不能完全依赖电算结果。而应根据具体情况结合工程经验对电算结果进行分析调整。

  总之,结构设计中经常会遇到一些规范或规程未论及的问题,这就需要设计人员积累经验,利用正确的概念进行设计。

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