浅谈钢筋混凝土框架结构

浅谈钢筋混凝土框架结构

【摘要】: 在我国现在的多高层建筑中，钢筋混凝土结构应用最普遍，其中钢筋混凝土框架结构是最常用的结构形式。地震极具偶然性,但同时也极具破坏性。国内外历次地震震害情况表明, 钢筋混凝土结构在地震中遭受的破坏比较轻。多层钢筋混凝土框架结构具有较好的整体性和较大的延伸性,是抗震性能良好的一种结构型式。

【关键词】：钢筋混凝土框架结构、现浇式框架、强柱弱梁、抗震措施

1．前言

20世纪90年代以后，随着我国钢材量的不断提高，钢一混凝土组合结构在建筑行业得到了迅速发展，建筑造型和建筑功能要求日趋多样化。

框架结构是采用梁、柱等杆件刚接组成空间体系作为建筑承重骨架的结构。屋盖、楼板上的荷载通过板传递给梁，由梁传递到柱，由柱传递到基础。框架结构的墙体全部为自承重墙，只起分隔和围护作用。随着社会的发展,钢筋混凝土框架结结构的建筑物越来越普遍.

在我们周围有很多这样的建筑物，例如一些办公大楼、小型住宅等。

不管是08年的四川汶川地震，还是今年4月的青海玉树地震，灾后重建工作首先也必先解决灾区人民的住房问题。曾有专家在汶川地震后对其房屋构造进行调查。在汶川及其周围受灾地区，大部分钢筋混凝土框架结构房屋是在上世纪90年代以后建造的,凡是严格按抗震设计规范设计,施工质量较好的均未出现严重破坏,仅少数框架梁、柱或梁柱节点附近出现轻微的裂缝。房屋受损表现主要是填充墙体的震害、变形缝处的震害等。

2、框架结构的特点及类型

框架结构具有建筑平面布置灵活，能获得较大空间，因而很适合于多层工业厂房以及民用建筑中的多高层办公楼、旅馆、医院、学校、商店和住宅建筑。最近，我们的专业作业在幼儿园之后是商场设计。一个商场需要的平面能够灵活布置，空间要大，我觉得很适合用钢筋混泥土框架结构。框架结构的构件简单，施工方便，较经济；承受竖向荷载作用合理、结构自重较轻，而且对支座不均匀沉降比较敏感。

同样，框架结构也有缺点。它的抗侧刚度小，在水平荷载作用下侧移较大，抗震性能较差，谷亦称框架结构为“柔性结构”。因此，这种体系在房屋高度和地震区使用受到限制。在高度不大的多高层建筑中，框架结构是一种较好的结构体系。

按施工方法的不同，框架可分为现浇式、装配式和装配整体式三种。

现浇式框架也可以细分为全现浇式框架和半现浇式框架。优点是整体性好，建筑布置灵活，有利于抗震。也存在缺点，就是现场施工相对复杂，模板耗费多，工期较长。从受力合理和控制造价的角度，现浇钢筋混凝土框架高度一般不超过45m。但今年来，随着施工新工艺的不断出现及技术水平的发展和提高，这些缺点正在逐步克服。所以，全现浇式框架是框架结构中使用最广泛的，大量应用于多高层建筑及抗震地区。

例如四川南充市嘉陵区的“嘉南国际”，就是南充第一个“全现浇框架结构”多层建筑楼盘。嘉南国际的楼盘全部使用全现浇楼板，钢筋混凝土浇筑在一起，各部位间相互咬合，再加上框架剪力墙结构（柱子、墙都是钢筋混凝土的结构），抗震能力极强。汶川特大地震发生后，“全现浇框架结构”也显现出其巨大的抗震性能，嘉南国际的在建、已建工程未受到丝毫“震伤”。房屋建筑结构类型主要分为砖混结构、钢筋混凝土框架结构、砖木房屋和土坯房屋共四类。建筑结构类型不同，其设防标准不同，抗震性能存在差异，经过一系列的实践研究表明，钢筋混凝土框架结构的安全性为最高。

装配式框架的构件全部为预制，在施工现场进行吊装和连接。其优点是节约模板，缩短工期，有利于施工机械化。但预埋件多，用钢量大，节点处理要求高，整体性差，在地震区不宜采用。

装配整体式框架是将预制梁、柱和板现场安装就位后，在构件连接处浇捣混凝土，使之形成整体。其优点是，省去了预埋件，减少了用钢量，整体性比装配式提高，但节点施工复杂。

3、框架结构的布置

房屋结构布置是否合理，对结构的安全性、实用性及造价影响很大。经过长期的实践和研究，结构布置有一些基本规律，总的来说，框架结构按照承重方式的不同分为以下三类：

横向框架承重方案,以框架横梁作为楼盖的主梁,楼面荷载主要由横向框架承担。由于横向框架数往往较少,主梁沿横向布置有利于增强房屋的横向刚度。同时,主梁沿横向布置还有利于建筑物的通风和采光。但由于主梁截面尺寸较大,当房屋需要大空间时,净空较小,且不利于布置纵向管道。 纵向框架承重方案 以框架纵梁作为楼盖的主梁,楼面荷载由框架纵梁承担。由于横梁截面尺寸较小,有利于设备管线的穿行,可获得较高的室内净空.但房屋横向刚度较差,同时进深尺度受到预制板长度的限制。

纵横向框架混合承重方案 纵横向框架混合承重方案是沿纵横两个方向上均布置有框架梁作为楼盖的主梁,楼面荷载由纵,横向框架梁共同承担.它具有较好的整体工作性能。

4、钢筋混泥土框架结构的震害及特点

有比较才有进步。与砌体结构的房屋相比，钢筋混泥土框架结构房屋具有较好的抗震性能，我国的历次大地震震害调查发现，钢筋混泥土框架结构房屋的震害要比多层砌体结构房屋的震害小得多。但是，未经过抗震设防的钢筋混泥土框架结构房屋有明显的薄弱环节，震害也比较严重，甚至出现极少数的倒塌现象。

地震引起框架结构的破坏包括：结构构件的破坏、非结构构件的破坏以及场地和基地的破坏。我们常说的结构构件破坏主要是指框架柱、框架梁和梁柱节点的破坏，而非结构构件破坏主要指的是填充墙的破坏。在地震作用下，钢筋混凝土框架结构传递支座反力、承受弯矩和水平剪力，受力状态复杂。总的来说，钢筋混凝土框架的震害主要发生在梁端、柱端和梁柱节点处。一般来说，柱的震害重于梁，柱顶的震害重于柱底，角柱的震害重于内柱，短柱的震害重于一般柱。

框架柱由于柱两端弯矩大，破坏一般发生在柱的两端，多发生于柱顶，且角柱震害比中柱和边柱严重。有时也会出现斜裂纹或X形裂纹，也是难以修复的。

框架梁由于梁端处的弯矩、剪力均为较大，并且是反复受力，故破坏常发生在梁端。梁端可能会由于纵筋配筋不足、钢筋端部锚固不好、箍筋配置不足等原因而引起破坏。梁的破坏没有柱的严重，且梁的破坏属于局部破坏，一般不会引起结构的整体倒塌。

梁柱节点多由于节点内未设箍筋或箍筋不足以及核芯区的钢筋过密而影响混凝土浇筑质量引起破坏。

地震时，框架和填充墙共同工作，抵抗地震作用。但填充墙的刚度大、变形性能差、承载力低，所以填充墙破坏发生早、破坏严重。框架中的砌体填充墙由于受剪承载力低，与框架缺乏有效的连接，易发生墙面斜裂缝，并沿柱周边开裂。框架填充墙震害的一般规律：上轻下重、空心砌体重于实心砌体、砌块墙重于砖墙。

场地和地基震害有两方面含义。一是地基失效，例如1964年日本地震发生的沙土液化破坏。二是共振，框架结构发生共振时，地震震害最严重。

此外，还有就是防震缝的破坏。我在我校南京工程学院设计北楼时发现墙体之间有大概70mm的缝隙，原先很好奇，不懂那是防震缝。通过学习，我知道，当防震缝不足时，地震作用引起防震缝两侧的结构构件发生碰撞，从而造成结构的破坏。

5、钢筋混凝土框架结构一些抗震措施

只有清楚了解钢筋混凝土框架结构在地震后出现的问题，针对这些问题我们才能更好的研究并提出一些抗震措施。

为了体现在不同烈度下不同结构的钢筋混凝土房屋有不同的抗震要求，《建筑抗震设计规范》(GB 5001 1—2001．)根据房屋烈度、结构类型和房屋高度，将框架结构划分为四个抗震等级，其中一级为最高等级，抗震要求最高；四级为最低要求，抗震要求最低。

钢筋混凝土框架结构抗震等级

结 构 类 型 设 防 烈 度

6 7 8 9

框架结构 房屋高度(m) ≤25 ＞25 ≤35 ＞35 ≤35 ＞35 ≤25

框 架 四 三 三 二 二 一 一

注： 1、建筑地为1类时，除6度以外可按表内降低一度所对应的抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低；

2、接近或等于高度分界时，允许结合房屋规则程度及基地条件确定抗震等级；

3、部分框支抗震墙结构的底部加强部位以上抗震墙的抗震等级可均按抗震墙结构考虑。

钢筋混凝土框架结构具有良好的塑性内力重分布能力，如果整结构同时具有合理的破坏机制，能够充分的吸收和耗散输入结构的地震能量，就可以保证钢筋混凝土框架结构在强震作用下过早地发生严重破坏甚至倒塌。 为了增强结构的抗震能力，设计时遵循以下原则：“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固”。

为了保证框架结构的抗震安全，结构应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性及耗能等性能。平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性。

框架结构应设计成双向梁柱刚接体系，但也允许部分的框架梁搭在另一框架梁上。应加强垂直地震作用的设计，从震害分析，规范给出的垂直地震作用明显不足。雨蓬不得从填充墙内出挑。大跨度雨蓬、阳台等处梁应考虑抗扭。考虑抗扭时，扭矩为梁中心线处板的负弯距乘以跨度的一半。框架梁、柱的混凝土等级宜相差一级。

出屋面的楼电梯间不得采用砖混结构。框架结构中的电梯井壁宜采用粘土砖砌筑，但不能采用砖墙承重。应采用每层的梁承托每层的墙体重量。梯井四角加构造柱，层高较高时宜在门洞上方位置加圈梁。因楼电梯间位置较偏，梯井采用混凝土墙时刚度很大，其它地方不加剪力墙，对梯井和整体结构都十分不利。建筑长度宜满足伸缩缝要求，否则应采取措施。如：增大配筋率，通长配筋，改善保温，铺设架空层，加后浇带等。构件不得向电梯井内伸出，否则应验算是否影响电梯安装，电梯井处柱可外移或做成L型柱。

框架结构是一个系统整体，它有内在的关联性，而不是构件或杆件的叠加和组合，不能人为为有割裂和肢解结构，应重视对抗震有极大影响的结构概念设计和钢筋构造。

6、结论

通过对钢筋混凝土框架结构的学习和了解，我明白在抗震地区钢

筋混凝土框架结构既安全又经济合理，对一些多层与高层的房屋具有一定的优越性，当然层数越多，就越不优越。近年来的一些特大地震，

让人们对房屋的抗震有了新的要求。

在今后的设计作业当中，我应当学习如何做好抗震设计，达到“小震不坏、大震不倒”的抗震设防要求。因为做好结构的合理布置和采取必要的抗震构造措施,这是做好抗震设计的非常必要的前提条件。结构的合理布置及采取必要的抗震构造措施是我们减轻震害的最根本、最有效的措施。

【参考文献】：

[1] GB 50010-2002.混凝土结构设计规范。

[2] 何益斌：《建筑结构》，中国建筑工业出版社2009年版

[3] 叶献国：《建筑结构选型概论》，武汉理工大学出版社2009年版