钢筋混凝土框架结构设计与计算

　　关键词：钢筋混凝土；结构设计；计算 

 

　　在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。 

 

 

　　在进行框架结构设计时，必须同时竖向荷载和水平荷载的组合，而且在竖向荷载和水平荷载的共同作用下，由梁、柱变形所引起的侧向位移往往是设计的控制因素。框架结构的特点、结构受力使得结构方案的选择十分

重要。（1）梁柱间的连接为刚结点；（2）梁端一般有负弯矩，但梁在荷载作用下只考虑弯曲和剪切；（3）柱在荷载作用下剪切不计，只受弯曲和压缩；（4）不能采用“几何可变体系”的框架，提倡选用超静定框架结构。

框架结构方案的选择与框架结构的抗震是密切相关的。结构抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用，避免结构出现敏感的薄弱部位，地震能量的耗散仅集中在极少数薄弱部位，导致结构过早破坏。钢筋混凝土框架结构结构方案的选择应具有结构的简单性、整体性、规则性、均匀性、具有刚度和抗震能力。 

 

 

　　在进行设计时，很重要的一环是框架结构的内力计算。过去都是采用近似的手算法，随着计算机科学技术的发展，运用矩阵位移法原理、利用计算机这一先进的计算工具，使超静定结构内力的精确求解已成为可能。对

于框架结构这样复杂的超高次静不定结构的内力计算也可以利用计算机求得精确解。结构计算模型的确定影响计算结果的合理性以及后期对框架结构的设计。选取合适的软件是进行框架结构设计高效、准确，是决定结构设

计质量的关键。 

 

　　（1）计算简图的确定——计算简图是计算模型及作用在结构上的荷载共同构成的。结构计算中，计算简图选取的正确与否，直接影响到计算结果的准确性。实际结构复杂，如果完全按照实际结构进行计算，必然会带

来相当大的计算量，而且实践证明也没有必要如此精确地按照实际结构进行计算。因此，在进行结构计算时，就应该进行计算模型的简化。计算简图要反映实际结构的主要力学性能，与实际结构尽可能相吻合，能够进行结

构计算；根据不同的计算手段，采用相应的计算简图；使用计算机软件计算，可以采用空间结构计算简图，或者采用实体模型进行有限元分析。（2）计算软件的选择——当计算简图已经确定完毕以后，就选择恰当的软件

进行结构计算。在进行计算机软件算前后，设计人员必须对软件的计算原理及适用范围有一个清晰的认识。在结构计算与分析阶段，如何准确，高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理，是决定结构设计质量好坏的关键。目前比较通用的计算软件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等。不同的计算软件在采用的计算模型和计算简图上存在差异，因此导致了各个软件计算结果之间有所不同。因此，在进行框架结构的

结构计算和分析时必须选择适合框架结构特点的合理的计算软件。如果选择了不合适的计算软件，不但会浪费大量的人力物力，而且有可能使结构有不安全的隐患存在。 

 

　　比如TAT软件计算程序主要适用于各种体型的框架，是计算框架结构的主流软件之一。其具体解题能力为：计算结构层数≤100；每层柱+无柱节点数≤500；每层墙数≤200；每层斜柱+支撑数≤200；每层梁数≤1000。 

 

 

　　（1）振型组合数的合理选取。建筑抗震设计规范在条文说明中明确指出：振型数可以取振型参与质量达到总质量90%所需的振型数。比如某工程，选取的振型数为15（大于9且为3的倍数），但如果振型参与质量系数

不足90%。则表明振型数取得不够，可能的原因是该大楼结构较复杂或由于某些杆件不连续导致局部震动引起的。（2）周期折减系数。在弹性阶段的早期，填充墙的刚度很大，可以吸收了较多的地震力，若按计算周期计

算地震作用结果偏小。因此结构类型的不同和填充墙的多少确定了周期折减系数的选取，如表1所示。 

 

 

　　当采用合适的计算软件得到计算结果以后， 设计人员不能够直接就利用电脑计算出来的结果， 还应该对计算结果进行分析和比较。在框架结构计算中， 不论是采用平面框架模型或者空间框架模型， 都没有考虑地基不

均匀沉降对框架结构计算不利影响。框架结构这种结构形式又对不均匀沉降十分敏感。若地质条件不好， 则结构必然产生不均匀沉降， 主要依靠上部结构整体刚度及结构的整体性来抵抗地基的不均匀沉降。因此在结构设计中设计人员就应该加强上部结构的刚度， 提高结构构件的承载力和延性， 以提高结构抵抗不均匀沉降的能力， 不能仅按计算结果进行设计。设计人员根据计算结果进行设计时， 还应该重视框架结构的柱、梁和节点构造

措施。 

 

 

　　结构计算中，计算简图选取的正确与否，直接影响到计算结果的准确性，其中比较典型的是基础梁的处理。一般情况下，基础梁设置在基础高度范围内，作为基础的一部分，此时结构的底层计算高度应取基础顶面至一

层楼板顶面的高度。基础梁仅考虑承担上部墙体荷载，构造满足普通梁的要求即可。当按规范要求需设置基础拉梁时，其断面和配筋可按构造设计，截面高度取柱中心距的1/12～1/18，纵向受力钢筋取所连接的柱子的最大

轴力设计值的10%作为拉力来计算。但是，当基础埋深过大时，为了减少底层的计算高度和底层的位移，设计者往往在±0.000以下的某个适当位置设置基础拉梁。此时，基础拉梁应作为一层输入，底层计算高度应取基础

顶面至基础拉梁顶面的高度，二层计算高度应取基础拉梁顶面至一层楼板顶面的高度。拉梁层无楼板，应开洞处理，并采用总刚分析方法进行计算。基础拉梁截面及配筋按实际计算结果采用。若因此造成底层框架柱形成短

柱，应采取构造措施予以加强。另一个需要注意的是，当框架结构的电梯井道采用钢筋混凝土井壁时（设计时应尽量避免），计算简图一定要按实际情况输入，否则可能会造成顶部框架柱设计不安全。 

 

 

　　框架结构的设计与计算是密切相关的。本文通过对框架结构的设计与计算的探讨，得出结论：（1）设计人员应该明确框架结构所特有的优点， 也应该重视框架结构的缺陷； 在结构方案构思中显得尤其重要， 框架结

构的设计应该满足一定的要求。（ 2 ） 计算机已经广泛应用于结构设计当中， 合理结构计算简图和计算模型是十分重要的， 因为错误的结构计算模型必将导致计算结果的错误， 错误计算结果作为结构设计的依据可能导

致结构设计的错误；任何结构计算软件都有其局限性， 设计人员应该对各种计算软件有相当的理解， 对软件的力学模型有比较深人的了解， 才能选择合适的计算软件进行框架结构的内力计算。 

 

　　参考文献 

 

　　[1] 郭靳时.钢筋混凝土结构设计[M].武汉理工大学出版社，2011. 

　　[2] 国胜.高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造[M].中国建筑工业出版社，2012. 

　　[3] 王依群.混凝土结构设计计算算例[M].中国建筑工业出版社，2012. 

　　[4] 赵莹辉.钢筋混凝土框架结构设计与计算探讨[J].科技资讯，2009.