多层钢筋混凝土框架结构设计分析.pdf

石材2 0 2 3年11期53SHICAI建筑设计多层钢筋混凝土框架结构设计分析田向东（河北拓朴建筑设计有限公司山西分公司，山西百太原0 30 0 0 0）摘要：本文以某建筑项目为例，采用预制与现浇筑相结合的方式，立足于框架结构设计过程分析设计要点，包括方案设计、图纸加工、模板设计、梁柱连接点设计、预埋件浇筑等。同时对多层混凝土框架设计成果进行测试，为生产、安装及施工安全提供依据，有效保证工程项目施工质量符合标准。关键词：钢筋混凝土；框架结构；设计方案1工程概况某小学教学楼工程总占地面积6 17 8.8 m2，设计四层结构应用多层混凝土装配式框架，预制与装配率分别为38.7%和55%以上。本次项目工程要求多层混凝土框架结构按照标准化、模块化的原则展开设计，尤其针对活动室单元模块设计时，长宽分别为15.6 m和12.6m，模块拼接后能够形成5个教室。2框架结构设计方案本次工程项目在预制装配框架结构设计时，根据项目定位、成本控制、效率等多项内容明确设计路线以及需要预制的位置，在保证技术可行性的前提下，对功能平面和立面造型上深化方案，展现建筑功能的丰富性、规范性。由于场地限制，本次工程先进行框架柱和楼梯部分的混凝土预制，再浇筑相关剪力键部分，确保一次性完成浇筑。针对多层混凝土框架预制件的拆分，以建筑高度条件为基准，其中一层楼和多层楼分别采用单节预制柱和多节预制柱。考虑到吊装、运输等环节的难度以及钢筋连接部位的形变问题，本次研究主张拆分多节预制桩控制长度，确保方便运输，后续垂直度矫正也相对方便。项目中预制板类型分别采用宽度2.8 m的单向叠合板以及宽度3.0 m的双向叠合板，保留地板与叠合楼板之间的缝隙提升拼接效果。在浇筑过程中采用C30混凝土进行整体式现浇的过程中填充缝隙，对卫生间或水房部分需进行防水设计，为了避免影响管线施工，不宜用预制叠合楼板。3设计要点部分3.1结构计算针对多层混凝土框架结构的技术应用PKPM完成整体与局部的设计，再利用PMCAD进行建模明确技术可行性，设计多层混凝土框架结构的参数来调整节点、构件、轴网等内容，应用偏心命令完成构件设置，再按照标准进行施工。垂直荷载利用空间有限元分析，选择“模拟施工加载1”选项进行计算。对于构架结构中填充墙的处理，折减系数选择TC=0.7，主要根据填充墙数量而定，过多时选择0.6 0.7，数量少则选择0.7 0.8。完成计算后利用SATWE进行处理，针对存在地震、普通风载工况时需确保角位移极限在1/55以下，普通位移控制在1.5以内。进行主梁计算时用哪个保证框架梁配筋率在0.7%和1.2%之间，选择“允许裂缝宽度自动选筋”在系统中自动进行主梁、次梁配筋计算。对目标建设区域进行抗弯强度计算，针对抗震区域或地基条件较差的区域还需进行抗剪切、抗冲切等能力的计算，再确定多层钢筋混凝土构架设计。3.2模板工程本次工程模板安装按照钢管脚手架扣件（G B158 31-2 0 0 6）的规定，设计与安装符合结构计算内容。在施工阶段注意处理施工缝处的硬化混凝土，并对内部进行清理确保无杂质，施工人员需检验模板性能，包括强度、稳定性等。合模前需再校验一遍钢筋情况，对照设计图纸检验遗漏问题。针对上肋底部和表面板钢筋施工需注意开洞口情况。对夹层板上、下肋的安装应用直径不低于483mm的钢管支架，选择15mm木浇板、50 8 0 mm方木，将支撑固定在支架上，确保纵立杆间隔控制在10 0 0 mm，拉杆设置间距为1.8 m，同时剪力键位置下设置高于地面2 0 cm的扫地杆，其中剪力撑及立杆与地面夹角控制在4 5乍者简介：田向东（19 8 4 一），男，汉族，山西省太原市人，工程师。主要从事房屋与公建建筑结构设计工作54STONE2023No.11STONE建筑设计石材60。完成底板安装后需做好绑扎工作，并进行钢筋校验，再安装下肋侧模板，高度相比于下肋顶的高度要高出15cm，从而保证混凝土不外流。完成浇筑后等待其强度达到1N/mm（M P a）后再拆模处理，对施工缝和凿毛进行清理。3.3混凝土工程针对多层钢筋混凝土框架结构的施工设计，优先浇筑单个区域的楼梯和框架柱结构，首次浇筑时需到下肋或梁底以下150 mm位置，第二次需要浇筑到空腹夹层板区域下肋及剪力键位置，降低空腹夹层板对框架结构的影响。浇筑过程将重点放在长度及层数控制方面，确保每层浇筑厚度控制在50 0 mm以内，同时浇筑时间间隔应在初凝时间以内。上层混凝土浇筑应用振捣棒时插人厚度控制在50 10 0 mm以上，接茬处需振捣到位。由于下肋钢筋密集且净距较小，可采用30振捣棒并配合50 振捣棒提升混凝土密实度。本工程在混凝土振捣工序中重点检验振捣方法，需保证器械移动间距控制在50 0 mm以内，且每次振捣时间控制在1530 s 之间。振捣工序完成标准为表面不存在析出气泡和灰浆且不下沉，在振捣过程中同时插人下层混凝土，约50 10 0 mm左右。3.4预制构件设计3.4.1柱节点设计本次工程所选用的钢筋混凝土预制框架主要以单节柱为主，且大多以上下结构进行吊装。在施工设计过程中优先进行下部预制柱的安装，将其与底板钢板焊接，保证固定稳定性和垂直度 2 。为方便后续施工，下部预制柱的顶端部分需要预留钢筋，长度控制在10 15cm左右，即为钢筋直径的8 倍以上，做好表面清洁处理后插人上部预制柱的钢筋套筒。为提升连接稳定性，除了设置加劲肋、安装竖向连接板等刚性的构件连接方式外，还需进行垂直度、强度检验并灌浆加固。在施工过程中，放置直径与下部预制柱相同的钢制套筒在下部预制柱顶端，高度设置在10 cm左右，完成灌浆空间设计后利用套筒下部的5cm直径注浆孔和上部的2 cm直径溢浆口进行灌浆工序，运用泵送管，在灌注的同时能够通过溢浆口排出空间内部的空气，从而降低阻力，详细过程如图1所示。溢浆孔灌浆孔H2DD1螺纹段H注浆段图1柱纵筋套筒图3.4.2梁柱连接点设计针对梁柱连接点的设计需要将重点放在钢结构的抗震性上，根据以往数据显示，造成钢结构破坏的关键往往由于梁与柱节点焊接问题。首先需要结合工程设计图纸明确不同节点的受力情况，并根据其构造划分为刚性连接、半刚性连接、铰链连接，再利用其构造特点简化安装程序，其中对于半刚性连接点的转动刚度控制相对较难。本次工程针对预制钢筋混凝土框架柱与框架叠合梁（即梁柱键槽部位）的连接，应用世构连接法，将键槽内钢筋插人阶段区，但底部不贯通，从而提升连接强度，本工程采用的预制梁和预制柱混凝土强度C40，受力主筋为螺旋肋钢丝F（f P t R=157 0 N/mm），采用先张法生产工艺，分布筋为冷轧带肋钢筋，梁柱键槽长度及键槽壁厚度分别为50cm和6 0 cm，内部敷设纵筋，并用混凝土浇筑提升梁柱节点稳定性和牢固性。针对主次梁结构的连接工序如图2 所示，结合先前结构设计方案，在主、次梁衔接位置预留开口，宽度控制在钢筋直径的12 倍，并保证开口下方钢筋稳定。在连接过程中直接插人预制次梁，并用焊接法将主、次梁固定。为满足抗震性需求，可使用加密箍筋，箍筋间距控制在50 mm，完成箍筋安装后进行混凝土浇筑。多层钢筋混凝框架结构设计需要做好柱和梁强度的控制，落实强柱弱梁措施，在建筑许可范围内尽可能提高柱截面尺寸，确保其刚度与梁刚度比值大于“1”，加强柱的配筋构造 3。为提升抗震性降低对墙的破坏，可将墙体设置为单肢墙、多肢墙以及小开口墙，以免地震造成墙体全截面受拉破坏。此外，还需做好框架柱轴压比控制，公式为：NN=A.f其中表示柱轴压比限制值，A表示柱的截面面5SHICAI建筑设计积；f.为砼抗压强度设计值；N为竖向静、活荷载与地震作用下的力；5012d2预制冰架6预制主架预制冰装12d图2 主次梁连接结构考虑到多层混凝土框架设计中，下部结构的钢筋分布相对复杂且密集，会造成一定安装难度。因此，本次工程采用可调组合钢筋结构的方式提升安装速度和质量，有效降低误差，确保调节工作的稳定，可调组合钢筋结构主要用于梁、柱之间的一级衔接，并根据预埋件差异分为两种形式，如图3和图4 所示。按规范图3预埋钢筋套筒现浇梁图4 预埋套筒在框架设计过程中需根据预埋件形式选择不同的接头，常见的包括直螺纹接头、YK可调组合变径接头等，本次工程所用的可调组合接头具有可调性、灵活性特点，实现钢筋避让、弯锚等作用，从而减少设计变更加快施工进度。4工程质量测试分析完成多层钢筋混凝土框架结构设计后还需对其性能进行检测，需要考虑结构在发生工况或后续形变过程中是否能够维持平稳，梁柱受力情况是否均匀，以及多层钢筋混凝土结构中是否会出现滑移等问题，针对工程中多层钢筋混凝土构架的建设需要进行质量测试，主要包括框架抗侧移刚性、重力荷载等。针对重力荷载作用效应的计算，需要考虑多层钢筋水泥框架中竖向荷载情况，分为楼面活荷载，取50%。本次工程中所用混凝土框架结构基本对称，1因此可忽略框架侧移，利用弯矩二次分配法进行内力计算，考虑塑性内力重分布对梁端的负弯矩进行调整。针对工程中现浇柱的框架，调幅系数范围控制在0.8 0.9之间，本工程取用0.8。计算轴框架单元时所用折算公式为：M=M-Vo2M表示节点柱边缘处弯矩值；M和V分别表示轴线处弯矩值和支座剪力值，b表示节点处柱截面宽。表1为重力荷载作用下的轴框架柱端弯矩以及轴力。表1重力荷载作用下的轴框架柱端弯矩以及轴力框架柱楼层边柱中柱McBMG/Mce/Mce/kNmkNmMGB/kNkNmkNmMGB/kN124.02815.502627.247-13.493-8.705745.053228.232 52.398404.359-17.141-27.903482.341340.35844.932176.095-19.435-24.268212.3055注意事项本次工程施工中多层水泥混凝土框架设计过程中需要注意混凝土施工、轴线控制以及钢筋扎筋三项要点。首先，混凝土施工过程中，由于商品混凝土流动性较强，且早期容易出现裂纹情况，需要控制存储温度降低表面与内部的温差。其次，对于工程中轴线设计问题普遍采用梁轴线水平、柱轴线垂直的偏移方式，容易忽略潜在风险，在结构设计中会由于垂直、水平荷载大而影响受力，产生偏心距。最后，针对钢筋绑扎问题，是影响多层钢筋混凝土结构稳定的关键，在其中充当主要的受力主体，需要保证安装规范性。在实际工作中需做好抽样检测，避免存在代换钢筋、错扎、漏扎等情况，提升工程质量 5。参考文献1】王晔辉.房屋建筑现浇钢筋混凝土结构主体施工要点分析D.居业,2 0 2 2(11):6 4-6 6.2】刘虎虎.多层建筑钢筋混凝土剪力墙结构设计解析D.建筑技术开发,2 0 2 1,4 8(0 7):11-12.3】田子东,孙铭辰,申波,等.多层大跨度钢筋混凝土空腹夹层板楼盖施工方法D.四川水泥,2 0 2 0(10)：16 0-16 1.4张建峰.钢筋混凝土多层框架房屋结构设计研究D.建材与装饰,2 0 2 0(0 1):12 2-12 3.5】李豫.多层钢筋混凝土框架结构设计探讨D.建材与装饰，2021,17(12):108-109.石材2 0 2 3年11期5