预应力混凝土框架结构实用设计方法

杨石玄护

[摘 要]教学楼的设计为框架结构，框架结构优点较多，能很好满足教学楼的使用要求，且在荷载作用下比较安全可靠。框架结构结构轻，整体性好。框架结构的抗侧力刚度较小。平面布置：纵横双向梁柱刚接的抗侧力结构体系；竖向布置：柱子布置应均匀、对称，同层各柱截面尺寸宜相同，在大跨度方向、阳台转角处应设构造柱。以及梁板的构造要求，钢筋混凝土受弯构件的设计内容和钢筋的锚固等

[关键词]框架；教学楼设计；平面布置；竖向布置；

中图分类号：TU375.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）15-0202-01

1.框架结构概况

混凝土框架结构是多层建筑中常见的结构型式，它大多采用现浇式，具有刚度大、整体性和抗震性较好等特点，能很好满足使用要求。结构在相当长的使用时期内需要承受设备、人群等使用荷載，经受风、雪、冰、雨、日照或土压力、地震等环境荷载的作用，它们安全可靠与否，不仅影响到人们的财产安全，而且还常常关系到人身安危。

框架结构，是指梁和柱以铰接或刚接方式相连接而构成承重体系的结构，其填充墙一般不承重，仅起到围护和分隔作用。框架结构的优点是空间分隔比较灵活，一般使用材质较轻的填充墙材料，结构自重较轻，框架主体整体现浇，整体性较好，便于工业化施工；缺点是框架梁柱节点应力集中显著，受力形式类似竖向悬臂剪切梁，侧向刚度较小，结构构件截面尺寸受到一定限制。框架结构因其空间布置灵活，便于工业化施工等优点，在我国广泛应用于学校、医院、住宅、办公楼等人员比较密集的建筑[1]。

2.框架结构的受力特点

框架结构中的框架梁、柱既承受竖向重力荷载，也承受风、地震作用等水平荷载在这些荷载的共同作用下，一般情况下框架底部柱M、N、V 最大，往上逐渐减小，底部柱多属小偏心受压构件，顶部几层柱则可能为大偏心受压构件；当荷载条件大致相同时，各层框架梁的M、V 较为接近，变化不大。水平荷载作用下框架结构的水平侧移由两部分组成。一部分属剪切变形，这是由框架整体受剪，梁、柱杆件发生弯曲变形而产生的水平位移。一般底层层间变形最大；向上逐渐减小。另一部分属弯曲变形，这是由框架在抵抗倾覆弯矩时发生的整体弯曲，由柱子的拉伸和压缩而产生的水平位移。当框架结构高宽比不大于4 时，框架水平侧移中弯曲变形部分所占比例很小，位移曲线一般呈剪切型。框架结构的抗侧力刚度较小[2]。

3.框架结构的适用范围

框架结构适用于非抗震设计时的多层及高层建筑，抗震设计时的多层及小高层建筑（7 度区以下）。7 度区以下、小于等于3 层的多层建筑可不采用框架结构。抗震设计的高烈度区的高层建筑不宜采用纯框架结构，宜优先考虑框架—剪力墙结构。大量的工程实践表明：高烈度区的高层建筑采用纯框架结构，即使结构计算通过（ 某些控制指标符合规范要求，如侧移限值等），在结构受力上也是不合理、不经济的。这样的框架结构，梁、柱截面偏大，耗钢量大，地震时，抗震性能不好，侧向位移较大，围护结构、隔墙、管道等将遭受较大破坏。即使主体结构损坏不大，非结构构件的破坏严重，损失也将很巨大。唐山地震时，影响到北京的烈度仅为6 度，但王府井百货大楼（ 框架结构）6 层一个角的围护墙倒坍，虽未伤人，但造成停业损失很大[3]。

4.框架结构设计

4.1 平面布置

1）应采用纵横双向梁柱刚接的抗侧力结构体系，而不宜采用一个方向梁柱刚接的抗侧力结构。若有一个方向为铰接时，应在铰接方向设置支撑等抗侧力构件。主体结构除个别部位外，不应采用梁柱铰接。

2）柱网的开间和进深，应根据建筑使用功能要求，结合受力的合理性、方便施工、经济等闲素确定。大柱网适用于建筑平面要求有较大空间的房屋如剧院、教学楼，但应增大梁的截面尺寸。小柱网梁柱截面尺寸小，适用于饭店、办公楼、医院病房楼等分隔墙体较多的建筑。在有抗震设防的框架房屋中，过大的柱网将给实现强柱弱粱及延性框架增加一定困难。

4.2 竖向布置

柱子布置应均匀、对称，同层各柱截面尺寸宜相同，避免短柱（ 如因楼层高度不等而形成错层时），应使各柱抗侧力刚度大致相同，防止在地震作用下由于各柱抗侧力刚度减小而发生破坏[4]。在大跨度方向、阳台转角处应设构造柱。

4.3 梁的构造要求

1）为保证耐久性、防火性以及钢筋与混凝土的粘结性能，钢筋的混凝土保护层厚度一般不小于25mm；

2） 为保证混凝土浇注的密实性，梁底部钢筋的净距不小于25mm 及钢筋直径d，梁上部钢筋的净距不小于30mm 及1.5d；

3）梁底部纵向受力钢筋一般不少于2 根，直径常用10 -32。钢筋数量较多时，可多排配置，也可以采用并筋配置方式；

4） 梁上部无受压钢筋时，需配置2 根架立筋，以便与箍筋和梁底部纵筋形成钢筋骨架，直径一般不小于10mm；

5）梁高度h>700mm 时， 要求在梁两侧沿高度每隔300～400 设置一根纵向构造钢筋，以减小梁腹部的裂缝宽度，直径≥ 10mm；

4.5 钢筋混凝土受弯构件

（1） 正截面受弯承载力计算——按已知截面弯矩设计值M，计算确定截面尺寸和纵向受力钢筋；

（2） 斜截面受剪承载力计算——按受剪计算截面的剪力设计值V，计算确定箍筋和弯起钢筋的数量；

（3） 钢筋布置——为保证钢筋与混凝土的粘结，并使钢筋充分发挥作用，根据荷载产生的弯矩图和剪力图确定钢筋的布置；

（4） 正常使用阶段的裂缝宽度和挠度变形验算；

（5） 绘制施工图。

4.6 钢筋的锚固

构件中钢筋的实际锚固长度应根据钢筋的受力情况、保护层厚度、钢筋形式等的影响，采用基本锚固长度la 乘以以下修正系数，并不小于最小锚固长度，也不小于0.7la 和200mm。

⑴当受拉钢筋采用并筋形式时，由于其表面积减小，计算其基本锚固长度时应采用并筋的等效直径de（双并筋de=1.4d三并筋de=1.7d）

⑵当月牙肋钢筋锚固区混凝土保护层厚度大于2d 时，锚固长度可乘以保护层修正系数，但对位于构件顶面混凝土中的水平钢筋，不进行保护层厚度修正。锚固钢筋的保护层厚度修正系数保护层厚度>2d >3d >4d >5d修正系数0.9 0.8 0.75 0.7

⑶当月牙肋钢筋末端采用图示机械锚固措施时，锚固长度可乘以机械锚固修正系数0.7。

⑷受压钢筋的锚固长度不宜小于受拉钢筋锚固长度的0.7倍

⑸当锚固钢筋在混凝土施工过程中易受扰动时（如滑模施工），锚固长度应乘以施工扰动系数1.1；

⑹除构造需要的锚固长度外，当受力钢筋的实际配筋面积大于其设计计算面积时，锚固长度可乘以设计计算面积与实际配筋面积比值的配筋余量修正系数，但不得小于最小锚固长度。承受动力荷载和按抗震设计的结构，不考虑配筋余量修正系数。

5 结论

建筑结构设计是在结构的可靠与经济之间选择一种合理的平衡，力求以最低的代价，使所建造的结构能够满足预定的功能要求。合理地确定力学模型和选择分析方法是提高设计质量、确保结构安全可靠的重要环节。

参考文献

[1] 贺海芳.高校建筑学系教学楼设计研究[D].南昌大学，2007.

[2] 张智真，卢宜飞.多层教学楼的建筑和结构设计[A].洛阳古建园林设计院有限公司，2015.

[3] 杨培生.白城市新区学校教学楼结构设计[B].中国城市建设研究院有限公司，2010.

[4] 金卫钧，吴剑利，李晓路，王征.北京服装学院艺术教学楼设计[D]. 北京市建筑设计研究院有限公司，2013.