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摘 要：框架结构是结构设计中经常采用的一种重要的结构形式，应用于多高层建筑中。本文针对框架结构设计中的一些问题，结合笔者近年来参与了十余栋多高层框架结构设计的体会进行探讨，并提出在框架结构设计中控制含钢量的一些措施，以期达到合理经济的设计目的。
关键词：结构计算 梁柱调整 结构构造 配筋率 含钢量
中图分类号： TU973 文献标识码： A 文章编号：1671-3362（2013）10-0120-02
1结构计算注意问题
当采用SATWE程序进行结构整体计算时，应采用符合实际情况的楼板刚度计算假定。对于大多数规则的框架结构设计，在计算楼层的最大层间位移时，可假定楼板平面内刚度无限大，在程序中选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”，目的在于避免由于局部振动的存在而影响结构位移比的计算，该做法可使计算过程和结果大为简化且满足计算要求精度。
但对于楼板形状复杂的工程，例如有效宽度较窄、有狭长或大开洞、存在局部弱连接部位等，此时楼板刚度会有较大削弱，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）简称（高规）第3.4.6条规定及条文说明，应考虑楼板变形影响的计算方法，程序应采用“弹性楼板假定”计算，并按照实际楼板刚度选择“弹性板”或“弹性膜”等，同时水平地震作用应采用总刚分析方法计算，并在结构构造上采取相应的加强措施。或者根据高规第5.1.5条规定，对采用楼板面内无限刚性假定计算方法的计算结果进行适当调整，一般可适当增大楼板削弱部位的结构构件计算内力，加强配筋和构造措施。
结构整体计算时，根据《建筑抗震规范》（GB50011-2010）（简称抗震规范）第3.4.3及5.1.1条规定，在考虑偶然偏心的情况下，当楼层的弹性水平位移比大于1.3 时，应计入双向水平地震作用下的扭转影响，此时在程序中应勾选“考虑双向地震作用”。另外应注意在计算楼层层间最大水平位移与层高之比时，根据高规第3.7.3条规定，可不考虑偶然偏心影响。
在结构计算时，要注意计算的荷载对周边结构的影响应与实际相符，避免由于荷载错漏而造成结构构件内力计算错误。例如：计算卫生间等隔墙较密的楼板荷载，楼板上隔墙的等效荷载计算偏小；计算梁上荷载按照填充墙容重及墙厚计算其线荷载，对于有门窗部位宜按照实际门窗面积与填充墙面积的比例计算荷载折减系数；计算楼梯荷载若按等效板面荷载输入时，可能会造成某些楼梯边梁荷载分配偏小，容易造成抗震薄弱部位，尤其对于框架结构计算时偏于不安全，应加强配筋。特别注意的是在框架结构设计中，根据抗震规范第6.1.15规定，应考虑楼梯构件对整体结构刚度的影响。
（4）当计算面积较大的异形板时，应采用不同的计算软件复核其转角位及楼板跨中挠度及裂缝，并宜适当加强配筋。当计算的悬臂梁跨度较大、受荷较大时，应特别注意要补充验算该梁在长期荷载效应下的挠度及裂缝。
2梁、柱调整
2.1 梁、柱截面
在结构整体计算时，根据教材建议的柱、梁截面尺寸的取值范围，结合自己的经验对所有构件的截面估算。例如某3层的框架结构，8mx8m的柱网，每层的柱轴力设计值约1600～1800KN，C30混凝土的500方柱大概可以承受3000KN左右的轴压力，此时轴压比在0.8左右，再根据设计需要调整截面。如此类推，根据层高、混凝土等级等可估算出柱子截面。
一般梁高是梁宽的2～3倍，不宜超过4倍，主梁一般≥250mm，有时会配合建筑墙厚做成200mm宽。对于一些大跨度公建，梁宽应适当放宽，对抗剪有利，也符合“强剪弱弯”的原则。
2.2 适宜配筋率
在梁配筋率一定时，根据有关试验分析表明，选用小直径的钢筋可以增加混凝土的握裹面积、减少梁的裂缝宽度，且方便混凝土浇筑。而对于柱配筋宜采用大直径的钢筋，满足“强柱弱梁”的原则。为满足框架梁“强剪弱弯”的原则，具体在调整梁的配筋时可适当按照以下思路调整：a.梁端负弯矩钢筋按照实际计算面积配筋或适当折减至0.9～0.95，避免梁端配筋过大； b.考虑弯矩调幅，梁的跨中受拉钢筋可比计算配筋面积放大1.2倍左右；c.梁箍筋直径可适当放大，在梁宽较宽或梁高较大时宜增大2mm。
框架柱配筋的调整应注意：a.一般框架结构设计采用单偏压计算配筋，双偏压复核，宜采用对称配筋，异形柱应进行双偏压计算配筋； b.对于角柱和大开间、大进深的边柱，宜比实际计算面积配筋增大1.2倍左右；c.调整柱单边钢筋的最小根数，以满足新规范对钢筋间距要求，并应满足柱单侧配筋率要求。框架柱的箍筋形式宜尽量采用复合箍，例如菱形箍或井字形箍。除此之外还需注意抗震等级一、二级的角柱、抗震等级二、三级的异形柱，以及结构错层或楼梯间层高变化而形成的框架短柱均应箍筋全高加密。
3结构构造易错问题
平法图集（现浇钢筋混凝土板式楼梯）11G101-2中大多数楼梯形式未采取抗震构造措施，不符合抗震规范第3.6.6条的规定。抗震构造措施宜采用：a.休息平台板配筋应双层双向；b.梯段板上部负筋直径及间距宜同梯段板下部钢筋且拉通设置；c.梯柱宜整层贯通；d.楼梯周围构件配筋宜适当增大，尤其梯梁抗扭筋及箍筋。
梁、柱计算配筋率容易混淆全截面和有效截面。对于梁的计算，应分为计算最小配筋率和一般配筋率：a. 计算梁的最小配筋率时，取梁全截面高度。根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（简称混规）第8.5.1条规定，最小配筋率应按构件的全截面面积计算；b计算梁的一般配筋率时，取梁有效高度，根据混规第7.2.3条规定对钢筋混凝土受弯构件，取。而在计算柱配筋率时，取全截面面积计算。
（3）框架梁纵向配筋时容易忽略以下问题：a. 抗震等级一级时，梁端截面底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值少于0.5 （抗震规范第6.3.3-2 条要求）；b. 在采用框架梁通长筋+梁支座筋时，沿梁全长的通长钢筋少于梁两端顶面纵向配筋中较大截面面积的1/4，（抗震规范6.3.4-1 条要求）；c. 当梁端纵向受拉钢筋配筋率>2%时，梁箍筋直径未相应提高一级，不符合抗震规范表6.3.3 要求；d.梁端与梁跨中最小配筋率有不同，按照梁跨中最小配筋率配筋，不符合混规第11.3.6-1。 （3）设计8度地震区填充墙时，根据抗震规范第13.3.4条规定，拉结筋应全长贯通。楼梯间和人流通道的填充墙，尚应采用钢丝网砂浆面层加强。
（4）在设计建筑附属机电设备支架时，与结构主体连接的建筑非结构构件和建筑附属机电设备，应按照抗震规范第13.4.3～13.4.5要求采取抗震措施，并按照抗震规范第13.4.1条要求采用专门的符合抗震设防要求的支架系统，以满足地震时使用功能的要求。
4控制含钢量措施
4.1 框架柱
框架柱设计时轴压比不宜太接近限值，这不仅可减少配筋，而且还能较易实现“强柱弱梁”的要求。纵筋配置也应有适当余量，在考虑前文2.2 调整后，角筋可选择较大直径，其他纵筋根据计算要求设计即可。箍筋在满足最小配箍率和计算要求前提下，宜Ⅰ和Ⅱ（Ⅲ）级钢混用，即外围箍筋选用Ⅱ、Ⅲ级钢，内部箍筋仍采用Ⅰ级钢。这样可利用强度较高的外围箍筋增加对内部混凝土的约束，而且容易实现配箍率要求。
4.2 梁板
在框架梁设计时，根据抗震规范第6.3.4条，钢筋直径不宜过大，故宜尽量采用高强度钢筋，便于施工。框架梁架立筋即顶部通长钢筋可以选择直径较小的钢筋与支座钢筋搭接（受力需要设置通长钢筋例外），在满足计算配筋前提下采用满足规范最小钢筋要求配筋即可。无论是实际受力还是震害调查结果显示，梁上部设计较大规格的通长钢筋大部分是没有必要的。该项措施的实施可大大节约含钢量。
楼板的配筋宜尽量采用Ⅱ、Ⅲ级钢筋。当板面需采用贯通面筋时，贯通筋的配筋通常不需也不宜超过规定的最小配筋率，支座不足够时再配以短筋。
参考文献
[1]GB50011-2010 建筑抗震设计规范[S].
[2]GB50010-2010 混凝土结构设计规范[S].
[3]JGJ 3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[4]中国建筑科学研究院PKPM CAD 工程部.多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE 用户手册及技术条件[M].2010.
[5]徐琳，尤天直，朱炳寅. 混凝土结构设计常见问题分析[J]. 建筑结构，2010（4）：20-22.
[6]李永康 马国祝 建筑工程施工图审查常见问题详解-结构专业 第2版[M] 2013.
作者简介：伦豪（1986-），男，结构工程硕士，结构工程师。
关键词：结构计算 梁柱调整 结构构造 配筋率 含钢量
中图分类号： TU973 文献标识码： A 文章编号：1671-3362（2013）10-0120-02
1结构计算注意问题
当采用SATWE程序进行结构整体计算时，应采用符合实际情况的楼板刚度计算假定。对于大多数规则的框架结构设计，在计算楼层的最大层间位移时，可假定楼板平面内刚度无限大，在程序中选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”，目的在于避免由于局部振动的存在而影响结构位移比的计算，该做法可使计算过程和结果大为简化且满足计算要求精度。
但对于楼板形状复杂的工程，例如有效宽度较窄、有狭长或大开洞、存在局部弱连接部位等，此时楼板刚度会有较大削弱，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）简称（高规）第3.4.6条规定及条文说明，应考虑楼板变形影响的计算方法，程序应采用“弹性楼板假定”计算，并按照实际楼板刚度选择“弹性板”或“弹性膜”等，同时水平地震作用应采用总刚分析方法计算，并在结构构造上采取相应的加强措施。或者根据高规第5.1.5条规定，对采用楼板面内无限刚性假定计算方法的计算结果进行适当调整，一般可适当增大楼板削弱部位的结构构件计算内力，加强配筋和构造措施。
结构整体计算时，根据《建筑抗震规范》（GB50011-2010）（简称抗震规范）第3.4.3及5.1.1条规定，在考虑偶然偏心的情况下，当楼层的弹性水平位移比大于1.3 时，应计入双向水平地震作用下的扭转影响，此时在程序中应勾选“考虑双向地震作用”。另外应注意在计算楼层层间最大水平位移与层高之比时，根据高规第3.7.3条规定，可不考虑偶然偏心影响。
在结构计算时，要注意计算的荷载对周边结构的影响应与实际相符，避免由于荷载错漏而造成结构构件内力计算错误。例如：计算卫生间等隔墙较密的楼板荷载，楼板上隔墙的等效荷载计算偏小；计算梁上荷载按照填充墙容重及墙厚计算其线荷载，对于有门窗部位宜按照实际门窗面积与填充墙面积的比例计算荷载折减系数；计算楼梯荷载若按等效板面荷载输入时，可能会造成某些楼梯边梁荷载分配偏小，容易造成抗震薄弱部位，尤其对于框架结构计算时偏于不安全，应加强配筋。特别注意的是在框架结构设计中，根据抗震规范第6.1.15规定，应考虑楼梯构件对整体结构刚度的影响。
（4）当计算面积较大的异形板时，应采用不同的计算软件复核其转角位及楼板跨中挠度及裂缝，并宜适当加强配筋。当计算的悬臂梁跨度较大、受荷较大时，应特别注意要补充验算该梁在长期荷载效应下的挠度及裂缝。
2梁、柱调整
2.1 梁、柱截面
在结构整体计算时，根据教材建议的柱、梁截面尺寸的取值范围，结合自己的经验对所有构件的截面估算。例如某3层的框架结构，8mx8m的柱网，每层的柱轴力设计值约1600～1800KN，C30混凝土的500方柱大概可以承受3000KN左右的轴压力，此时轴压比在0.8左右，再根据设计需要调整截面。如此类推，根据层高、混凝土等级等可估算出柱子截面。
一般梁高是梁宽的2～3倍，不宜超过4倍，主梁一般≥250mm，有时会配合建筑墙厚做成200mm宽。对于一些大跨度公建，梁宽应适当放宽，对抗剪有利，也符合“强剪弱弯”的原则。
2.2 适宜配筋率
在梁配筋率一定时，根据有关试验分析表明，选用小直径的钢筋可以增加混凝土的握裹面积、减少梁的裂缝宽度，且方便混凝土浇筑。而对于柱配筋宜采用大直径的钢筋，满足“强柱弱梁”的原则。为满足框架梁“强剪弱弯”的原则，具体在调整梁的配筋时可适当按照以下思路调整：a.梁端负弯矩钢筋按照实际计算面积配筋或适当折减至0.9～0.95，避免梁端配筋过大； b.考虑弯矩调幅，梁的跨中受拉钢筋可比计算配筋面积放大1.2倍左右；c.梁箍筋直径可适当放大，在梁宽较宽或梁高较大时宜增大2mm。
框架柱配筋的调整应注意：a.一般框架结构设计采用单偏压计算配筋，双偏压复核，宜采用对称配筋，异形柱应进行双偏压计算配筋； b.对于角柱和大开间、大进深的边柱，宜比实际计算面积配筋增大1.2倍左右；c.调整柱单边钢筋的最小根数，以满足新规范对钢筋间距要求，并应满足柱单侧配筋率要求。框架柱的箍筋形式宜尽量采用复合箍，例如菱形箍或井字形箍。除此之外还需注意抗震等级一、二级的角柱、抗震等级二、三级的异形柱，以及结构错层或楼梯间层高变化而形成的框架短柱均应箍筋全高加密。
3结构构造易错问题
平法图集（现浇钢筋混凝土板式楼梯）11G101-2中大多数楼梯形式未采取抗震构造措施，不符合抗震规范第3.6.6条的规定。抗震构造措施宜采用：a.休息平台板配筋应双层双向；b.梯段板上部负筋直径及间距宜同梯段板下部钢筋且拉通设置；c.梯柱宜整层贯通；d.楼梯周围构件配筋宜适当增大，尤其梯梁抗扭筋及箍筋。
梁、柱计算配筋率容易混淆全截面和有效截面。对于梁的计算，应分为计算最小配筋率和一般配筋率：a. 计算梁的最小配筋率时，取梁全截面高度。根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（简称混规）第8.5.1条规定，最小配筋率应按构件的全截面面积计算；b计算梁的一般配筋率时，取梁有效高度，根据混规第7.2.3条规定对钢筋混凝土受弯构件，取。而在计算柱配筋率时，取全截面面积计算。
（3）框架梁纵向配筋时容易忽略以下问题：a. 抗震等级一级时，梁端截面底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值少于0.5 （抗震规范第6.3.3-2 条要求）；b. 在采用框架梁通长筋+梁支座筋时，沿梁全长的通长钢筋少于梁两端顶面纵向配筋中较大截面面积的1/4，（抗震规范6.3.4-1 条要求）；c. 当梁端纵向受拉钢筋配筋率>2%时，梁箍筋直径未相应提高一级，不符合抗震规范表6.3.3 要求；d.梁端与梁跨中最小配筋率有不同，按照梁跨中最小配筋率配筋，不符合混规第11.3.6-1。 （3）设计8度地震区填充墙时，根据抗震规范第13.3.4条规定，拉结筋应全长贯通。楼梯间和人流通道的填充墙，尚应采用钢丝网砂浆面层加强。
（4）在设计建筑附属机电设备支架时，与结构主体连接的建筑非结构构件和建筑附属机电设备，应按照抗震规范第13.4.3～13.4.5要求采取抗震措施，并按照抗震规范第13.4.1条要求采用专门的符合抗震设防要求的支架系统，以满足地震时使用功能的要求。
4控制含钢量措施
4.1 框架柱
框架柱设计时轴压比不宜太接近限值，这不仅可减少配筋，而且还能较易实现“强柱弱梁”的要求。纵筋配置也应有适当余量，在考虑前文2.2 调整后，角筋可选择较大直径，其他纵筋根据计算要求设计即可。箍筋在满足最小配箍率和计算要求前提下，宜Ⅰ和Ⅱ（Ⅲ）级钢混用，即外围箍筋选用Ⅱ、Ⅲ级钢，内部箍筋仍采用Ⅰ级钢。这样可利用强度较高的外围箍筋增加对内部混凝土的约束，而且容易实现配箍率要求。
4.2 梁板
在框架梁设计时，根据抗震规范第6.3.4条，钢筋直径不宜过大，故宜尽量采用高强度钢筋，便于施工。框架梁架立筋即顶部通长钢筋可以选择直径较小的钢筋与支座钢筋搭接（受力需要设置通长钢筋例外），在满足计算配筋前提下采用满足规范最小钢筋要求配筋即可。无论是实际受力还是震害调查结果显示，梁上部设计较大规格的通长钢筋大部分是没有必要的。该项措施的实施可大大节约含钢量。
楼板的配筋宜尽量采用Ⅱ、Ⅲ级钢筋。当板面需采用贯通面筋时，贯通筋的配筋通常不需也不宜超过规定的最小配筋率，支座不足够时再配以短筋。
参考文献
[1]GB50011-2010 建筑抗震设计规范[S].
[2]GB50010-2010 混凝土结构设计规范[S].
[3]JGJ 3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[4]中国建筑科学研究院PKPM CAD 工程部.多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE 用户手册及技术条件[M].2010.
[5]徐琳，尤天直，朱炳寅. 混凝土结构设计常见问题分析[J]. 建筑结构，2010（4）：20-22.
[6]李永康 马国祝 建筑工程施工图审查常见问题详解-结构专业 第2版[M] 2013.
作者简介：伦豪（1986-），男，结构工程硕士，结构工程师。