论文部分内容阅读
摘要：在我国现在的高层建筑住宅中，钢筋混凝土框架结构是最常用的结构形式。因为其具有足够的强度，良好的延性和较强的整体性，目前广泛用于地震设防地区。钢筋混凝土框架结构设计有着光明的应用前景。我国尚未形成相应的规范，还需要进行大量的研究工作。
关键词：高层建筑钢筋混凝土结构设计
Abstract: in our country now in the residence of the high-rise building, reinforced concrete frame structure is the most common form of the structure. Because it has the enough strength, good ductility and strong integrity, is now widely used in seismic region. Reinforced concrete frame structure design has a bright prospect of application. Our country has not been formed the corresponding standard, still need to do a lot of research work.
Keywords: high building reinforced concrete structure design
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A文章编号：
1概述
在我国现在的多高层建筑中，钢筋混凝土框架结构是最常用的结构形式。因为其具有足够的强度，良好的延性和较强的整体性，目前广泛用于地震设防地区。
在多层钢筋混凝土框架结构的设计过程中，笔者通过切身体会，总结归纳了一些不符合规范要求的问题。较常见的有在结构施工图中将场地类别写成了场地土类别，结构设计使用年限与建筑施工图不一致，抗震措施和抗震构造措施不明确，柱纵筋在基础内锚固长度不足，周期该折减而未折减等，应引起足够的重视。
2框架结构的耗能机理
框架结构主要是以压弯构件——竖向框架柱和以弯剪构件——水平框架梁组成的。实际工程计算的例子表明，框架结构的延性很大程度上取决于框架梁和框架柱构件本身的延性和屈服弯矩。
在地震作用下，框架结构每经过一个循环，加载时先是结构吸收或储存能量，卸载时释放能量，但两者不相等。两者之差为结构或构件在一个循环中的“耗失能量”(耗能) ，也即一个滞回环内所含的面积。结构吸收的地震能量可以由力——位移曲线所包围的面积来表示。
3高层钢筋混凝土结构设计的要点
3.1 水平荷载逐渐成为钢筋混凝土结构设计的控制因素 在低层住宅中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着钢筋混凝土结构设计;而在高层住宅中，尽管竖向荷载仍对钢筋混凝土结构设计产生着重要影响，但水平荷载将成为控制因素。对某一特定建筑来说，竖向荷载大体上是定值;而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随动力特性的不同而有较大幅度的变化。
3.2 轴向变形不容忽视 对于采用框架体系或框架一剪力墙体系的高层住宅，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，这就使得中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种差异轴向变形将会达到很大的数值，其后果相当于连续梁中间支座产生沉陷，使连续梁中间支座处的负弯矩值減小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
3.3 侧移成为钢筋混凝土结构设计的控制指标 与低层住宅不同，结构侧移己成为高层住宅钢筋混凝土结构设计的关键因素。随着房屋高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，结构的顶点侧移一般与房屋高度H的四次方成正比。在设计高层住宅时，不仅要求结构具有足够的强度，而且还要有足够的抗侧移刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移控制在一定的范围内。
3.4 结构延性是钢筋混凝土结构设计的重要指标 相对于低层住宅而言，高层住宅更柔一些，地震作用下的变形就更大一些。为了使结构在进入塑性阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。
4高层钢筋混凝土结构抗震设计
4.1抗震计算中的延性保证
从用楼层水平地震剪力与层间位移关系来描述楼层破坏的全过程可反映出,在抗震设防的第二、三水准时,框架结构构件已进入弹塑性阶段,构件在保持一定承载力条件下主要以弹塑性变形来耗散地震能量,所以框架结构需有足够的变形能力才不致抗震失效。试验研究表明,“强节点”、“强柱弱梁’、“强底层柱底”和“强剪弱弯”的框架结构有较大的内力重分布和能量消耗能力,极限层间位移大,抗震性能较好。规范通过构件承载力调整办法在一定程度上可以体现上述的强弱要求,且考虑了设计者的使用方便,采用地震组合内力的抗震承载力验算表达式,只是要对地震组合内力的设计值按有关公式进行相应的调整。 转
4.2构造措施上的延性保证方法
4.2.1限制轴压比与纵筋最大配筋率合理的受力过程可明显提高构件延性,为实现受拉钢筋的屈服先与受压区混凝土压碎的破坏形态,以提高塑性铰区域的转动能力,规范限制轴压比与纵筋最大配筋率,同时对混凝土受压区高度也提出相应要求。
4.2.2限制约束配筋和配筋形式。加密塑性铰区内的箍筋间距是很重要的一点,为保证“强节点”、“强柱弱梁”、“强底层柱底”和“强剪弱弯”的设计原则及塑性铰区域的局部延性,有必要加密塑性铰区内的箍筋间距,这不但可提高柱端抗剪能力,还可约束核心区内混凝土,对纵向钢筋提供侧向支承,防止大变形下纵筋压曲,从而改善塑性铰区域的局部延性。规范对约束区纵筋的最小直径、最大间距、塑性铰区域的最小长度等做出了详细的规定,并对箍筋肢距及箍筋形式提出了相应要求。
4.2.3限制材料。拒绝豆腐渣工程的第一关就是把握好材料质量,材料延性对确保构件(结构)延性极为重要,为此规范对材料也提出了相应的限制,如保证钢筋强屈比、延伸率及混凝土强度等级等,同时对施工过程中可能出现的钢筋代换也提出了相应的限制。
5高层钢筋混凝土结构常用加固方法的设计与施工
5.1增设钢筋混凝土抗震墙或翼墙
增设的抗震墙或翼墙布置应尽可能满足均匀、对称、分散、周边的原则；抗震墙或翼墙厚不宜小于140mm，分布筋的配筋率不应低于0．2％，双排布置的钢筋间距不应大于600mm，直径不宜小于6mm；抗震墙或翼墙与原框架可采用锚筋连接，或现浇钢筋混凝土套连接，锚筋直径可采用10～12ram，与梁柱边的距离不应小于30mm，与梁柱轴线的间距不应大于300mm；现浇钢筋混凝土套厚度不宜小于50mm，原有梁柱表面应凿毛并经清洗后方可浇筑，钢筋应除锈，锚孔应采用钻孔成型，浆液应饱满。
5.2增设钢构套
钢构套加固梁柱时，应在梁的阳角和柱的四角外贴角钢，并与缀板焊接，加固梁的角钢不宜小于50ram×6mm，加固柱的角钢不宜小于75ram×6mm，钢缀板不宜小于40mm×4mm，间距不应大于40i(i为单肢角钢回转半径)，且不应大于400ram；钢构套与梁柱间采用环氧树脂化学灌浆或乳胶水泥粘结，梁柱表面应刷洗干净，角部磨圆，角钢穿过楼板不得损伤钢筋，空隙用微膨胀细石混凝土填实，钢板表面应涂刷防锈漆，或抹25mm厚的1∶3水泥砂浆保护层，或喷射1∶2的水泥砂浆。
5.3增设钢筋混凝土套
钢筋混凝土套加固梁时，应在梁上下端设纵向钢筋并与柱可靠连接，在纵向钢筋外围设置箍筋，箍筋应有一半穿过楼板后弯折封闭，钢筋混凝土套加固柱时，应在柱周围设纵向钢筋并穿过楼板，顶部应在屋面板处封顶锚固，根部应深入基础锚固，在纵向钢筋外围设置封闭箍筋，混凝土宜采用≥C20且大于等于原构件强度的细石混凝土，纵向钢筋宜采用HRB335，箍筋宜采用HPB235，直径不宜小于8mm，间距不宜大于200mm，梁柱节点处适当加密；施工时梁柱表面应凿毛并清理干净，楼板凿洞不应损坏钢筋。
5.4粘贴钢板
当环境温度不超过60℃，相对湿度不大于70％且无化学腐蚀情况下，为弥补原构件钢筋不足，可在构件表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板，钢板可采用厚度t=2～6mm的Q235或Mn钢，粘贴钢板应采用粘结强度高、耐久性好且有一定弹性的粘结剂，同时采用胀管螺栓连接，粘贴后钢板表面需进行防腐防锈处理；粘贴钢板受拉时的锚固长度应≥200t且>600 mm，受压时应≥150t且>500mm，锚固区宜增设U形箍板或螺栓锚固；被粘混凝土表面应清洗、打磨、洗干，钢板应除锈、打磨、擦干，之后即可在其表面涂粘结剂，然后用夹具、支撑、胀管等固定并加压，粘结剂固化后可拆除夹具、支撑，而胀管不拆。
6结语
钢筋混凝土框架结构虽然相对简单，但设计中仍有很多需要注意的问题，只有熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，才能设计出既安全又经济适用的优秀作品。
关键词：高层建筑钢筋混凝土结构设计
Abstract: in our country now in the residence of the high-rise building, reinforced concrete frame structure is the most common form of the structure. Because it has the enough strength, good ductility and strong integrity, is now widely used in seismic region. Reinforced concrete frame structure design has a bright prospect of application. Our country has not been formed the corresponding standard, still need to do a lot of research work.
Keywords: high building reinforced concrete structure design
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A文章编号：
1概述
在我国现在的多高层建筑中，钢筋混凝土框架结构是最常用的结构形式。因为其具有足够的强度，良好的延性和较强的整体性，目前广泛用于地震设防地区。
在多层钢筋混凝土框架结构的设计过程中，笔者通过切身体会，总结归纳了一些不符合规范要求的问题。较常见的有在结构施工图中将场地类别写成了场地土类别，结构设计使用年限与建筑施工图不一致，抗震措施和抗震构造措施不明确，柱纵筋在基础内锚固长度不足，周期该折减而未折减等，应引起足够的重视。
2框架结构的耗能机理
框架结构主要是以压弯构件——竖向框架柱和以弯剪构件——水平框架梁组成的。实际工程计算的例子表明，框架结构的延性很大程度上取决于框架梁和框架柱构件本身的延性和屈服弯矩。
在地震作用下，框架结构每经过一个循环，加载时先是结构吸收或储存能量，卸载时释放能量，但两者不相等。两者之差为结构或构件在一个循环中的“耗失能量”(耗能) ，也即一个滞回环内所含的面积。结构吸收的地震能量可以由力——位移曲线所包围的面积来表示。
3高层钢筋混凝土结构设计的要点
3.1 水平荷载逐渐成为钢筋混凝土结构设计的控制因素 在低层住宅中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着钢筋混凝土结构设计;而在高层住宅中，尽管竖向荷载仍对钢筋混凝土结构设计产生着重要影响，但水平荷载将成为控制因素。对某一特定建筑来说，竖向荷载大体上是定值;而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随动力特性的不同而有较大幅度的变化。
3.2 轴向变形不容忽视 对于采用框架体系或框架一剪力墙体系的高层住宅，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，这就使得中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种差异轴向变形将会达到很大的数值，其后果相当于连续梁中间支座产生沉陷，使连续梁中间支座处的负弯矩值減小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
3.3 侧移成为钢筋混凝土结构设计的控制指标 与低层住宅不同，结构侧移己成为高层住宅钢筋混凝土结构设计的关键因素。随着房屋高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，结构的顶点侧移一般与房屋高度H的四次方成正比。在设计高层住宅时，不仅要求结构具有足够的强度，而且还要有足够的抗侧移刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移控制在一定的范围内。
3.4 结构延性是钢筋混凝土结构设计的重要指标 相对于低层住宅而言，高层住宅更柔一些，地震作用下的变形就更大一些。为了使结构在进入塑性阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。
4高层钢筋混凝土结构抗震设计
4.1抗震计算中的延性保证
从用楼层水平地震剪力与层间位移关系来描述楼层破坏的全过程可反映出,在抗震设防的第二、三水准时,框架结构构件已进入弹塑性阶段,构件在保持一定承载力条件下主要以弹塑性变形来耗散地震能量,所以框架结构需有足够的变形能力才不致抗震失效。试验研究表明,“强节点”、“强柱弱梁’、“强底层柱底”和“强剪弱弯”的框架结构有较大的内力重分布和能量消耗能力,极限层间位移大,抗震性能较好。规范通过构件承载力调整办法在一定程度上可以体现上述的强弱要求,且考虑了设计者的使用方便,采用地震组合内力的抗震承载力验算表达式,只是要对地震组合内力的设计值按有关公式进行相应的调整。 转
4.2构造措施上的延性保证方法
4.2.1限制轴压比与纵筋最大配筋率合理的受力过程可明显提高构件延性,为实现受拉钢筋的屈服先与受压区混凝土压碎的破坏形态,以提高塑性铰区域的转动能力,规范限制轴压比与纵筋最大配筋率,同时对混凝土受压区高度也提出相应要求。
4.2.2限制约束配筋和配筋形式。加密塑性铰区内的箍筋间距是很重要的一点,为保证“强节点”、“强柱弱梁”、“强底层柱底”和“强剪弱弯”的设计原则及塑性铰区域的局部延性,有必要加密塑性铰区内的箍筋间距,这不但可提高柱端抗剪能力,还可约束核心区内混凝土,对纵向钢筋提供侧向支承,防止大变形下纵筋压曲,从而改善塑性铰区域的局部延性。规范对约束区纵筋的最小直径、最大间距、塑性铰区域的最小长度等做出了详细的规定,并对箍筋肢距及箍筋形式提出了相应要求。
4.2.3限制材料。拒绝豆腐渣工程的第一关就是把握好材料质量,材料延性对确保构件(结构)延性极为重要,为此规范对材料也提出了相应的限制,如保证钢筋强屈比、延伸率及混凝土强度等级等,同时对施工过程中可能出现的钢筋代换也提出了相应的限制。
5高层钢筋混凝土结构常用加固方法的设计与施工
5.1增设钢筋混凝土抗震墙或翼墙
增设的抗震墙或翼墙布置应尽可能满足均匀、对称、分散、周边的原则；抗震墙或翼墙厚不宜小于140mm，分布筋的配筋率不应低于0．2％，双排布置的钢筋间距不应大于600mm，直径不宜小于6mm；抗震墙或翼墙与原框架可采用锚筋连接，或现浇钢筋混凝土套连接，锚筋直径可采用10～12ram，与梁柱边的距离不应小于30mm，与梁柱轴线的间距不应大于300mm；现浇钢筋混凝土套厚度不宜小于50mm，原有梁柱表面应凿毛并经清洗后方可浇筑，钢筋应除锈，锚孔应采用钻孔成型，浆液应饱满。
5.2增设钢构套
钢构套加固梁柱时，应在梁的阳角和柱的四角外贴角钢，并与缀板焊接，加固梁的角钢不宜小于50ram×6mm，加固柱的角钢不宜小于75ram×6mm，钢缀板不宜小于40mm×4mm，间距不应大于40i(i为单肢角钢回转半径)，且不应大于400ram；钢构套与梁柱间采用环氧树脂化学灌浆或乳胶水泥粘结，梁柱表面应刷洗干净，角部磨圆，角钢穿过楼板不得损伤钢筋，空隙用微膨胀细石混凝土填实，钢板表面应涂刷防锈漆，或抹25mm厚的1∶3水泥砂浆保护层，或喷射1∶2的水泥砂浆。
5.3增设钢筋混凝土套
钢筋混凝土套加固梁时，应在梁上下端设纵向钢筋并与柱可靠连接，在纵向钢筋外围设置箍筋，箍筋应有一半穿过楼板后弯折封闭，钢筋混凝土套加固柱时，应在柱周围设纵向钢筋并穿过楼板，顶部应在屋面板处封顶锚固，根部应深入基础锚固，在纵向钢筋外围设置封闭箍筋，混凝土宜采用≥C20且大于等于原构件强度的细石混凝土，纵向钢筋宜采用HRB335，箍筋宜采用HPB235，直径不宜小于8mm，间距不宜大于200mm，梁柱节点处适当加密；施工时梁柱表面应凿毛并清理干净，楼板凿洞不应损坏钢筋。
5.4粘贴钢板
当环境温度不超过60℃，相对湿度不大于70％且无化学腐蚀情况下，为弥补原构件钢筋不足，可在构件表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板，钢板可采用厚度t=2～6mm的Q235或Mn钢，粘贴钢板应采用粘结强度高、耐久性好且有一定弹性的粘结剂，同时采用胀管螺栓连接，粘贴后钢板表面需进行防腐防锈处理；粘贴钢板受拉时的锚固长度应≥200t且>600 mm，受压时应≥150t且>500mm，锚固区宜增设U形箍板或螺栓锚固；被粘混凝土表面应清洗、打磨、洗干，钢板应除锈、打磨、擦干，之后即可在其表面涂粘结剂，然后用夹具、支撑、胀管等固定并加压，粘结剂固化后可拆除夹具、支撑，而胀管不拆。
6结语
钢筋混凝土框架结构虽然相对简单，但设计中仍有很多需要注意的问题，只有熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，才能设计出既安全又经济适用的优秀作品。