混凝土框架结构毕业设计主要问题探析

　　摘要：毕业设计是土木工程专业教学的最后环节，也是实现本科培养目标的重要阶段。框架结构设计是目前土木工程专业比较常见的课题。文章根据指导土木工程毕业设计的教学实践，从结构布置、框架梁配筋和框架柱延性等几方面总结了土木工程专业混凝土框架结构毕业设计的一些常见问题，并进行了分析。

　　关键词：土木工程; 毕业设计; 框架结构; 常见问题;

　　毕业设计是实现本科阶段培养目标的重要措施，具有涉及面广、综合性强、时间长和实践能力要求高等特点，通过毕业设计这一实践环节，可以综合培养学生运用基础理论知识和基本操作技能，来分析和解决实际问题的能力。混凝土框架结构设计作为土木工程专业培养学生创新精神和实践能力的一次较为系统的训练，可以锻炼学生独立工作的能力，从而使其获得初步训练。在毕业设计过程中，以下几点要特别引起重视。

　　1 结构布置时不应采用单跨框架

　　单跨框架结构是指一个主轴方向全部为单跨的框架结构。框架结构是由梁、柱和楼板组成的空间结构，框架结构既要承受竖向荷载，又要承受水平风荷载，在地震区还要承受地震作用。由于风荷载和水平地震作用，除了沿结构两个主轴方向作用，还可沿结构的任意方向作用，为了提高框架结构的抗侧刚度，特别是要提高框架结构的抗扭刚度，以满足规范所规定的弹性位移角限值、弹塑性位移角限值、扭转位移比限值和扭转周期比限值等要求，必须将框架结构设计成双向梁柱刚接的抗侧力体系。设计时，还应尽量使框架结构的两个方向的抗震能力相接近。当构架结构一个方向抗震能力较弱时，就会首先发生开裂和破坏，使结构丧失空间协同工作的能力，从而导致另一方向的结构破坏。单跨框架结构系由两根柱子及横梁组成，超静定次数较少，耗能能力较弱，一旦柱子出现塑性铰，发生连续倒塌的可能性较大，所产生的震害较重。因此，抗震设计的房屋不宜采用单跨框架结构，高层建筑不应采用单跨框架结构。

　　单跨框架结构经常应用于学校建筑，教学楼不应采用单跨加悬挑的框架结构，外走廊应有落地的框架柱，使之成为多跨框架，或采用抗震性能较好的框架-剪力墙结构。对教学楼之间的连廊，应采取措施避免采用单跨结构，必须采用时应加大在单跨方向的柱子截面，提高结构的抗震性能。

　　2 混凝土框架梁配筋要求

　　钢筋混凝土框架是由钢筋和混凝土两种材料组成的构件，如果钢筋配置适当，发生破坏时，梁中钢筋的应力可以达到屈服强度，混凝土的抗压强度也能得到充分利用，从加载到最后破坏有一定的过程，属于延性破坏。如果配筋超过最大配筋率，梁中钢筋应力还未屈服，混凝土就被压碎，这种梁称为超筋梁，超筋梁破坏是突然发生的，缺乏足够的预兆，具有脆性破坏性质。如果配筋小于最小配筋率，受弯梁中一旦出现裂缝，钢筋应力即达到屈服强度，少筋梁和超筋梁一样也属于脆性破坏，在设计时应避免。因此，在考虑抗震设计的框架梁配筋时应把梁设计成适筋梁，同时还应满足以下要求：

　　(1）梁两端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%，且相对受压区高度比，一级抗震等级不应大于0.25，二、三级抗震等级不应大于0.35。

　　(2）梁端截面的底面与顶面纵向钢筋配筋量的比值，除按计算确定外，一级抗震等级不小于0.5，二、三级抗震等级不小于0.3。

　　(3）梁端箍筋加密区长度、箍筋最大间距和最小直径应符合规范要求，当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时，箍筋最小直径数值应相应增大2mm。

　　(4）抗震设计时，要在框架梁顶面和底面沿梁全长配置一定数量的纵向钢筋，一、二级抗震等级不应少于2Φ14，且分别不应小于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积地的1/4，三、四级抗震等级不应少于2Φ12。

　　(5）梁中箍筋除承受剪力满足梁斜截面受剪承载力外，还有约束混凝土改善其抗压性能、提高混凝土对受力钢筋的粘结锚固强度及防止受压钢筋压屈等作用。因此，沿梁全长箍筋的最小面积配箍率应符合规范规定要求。

　　3 混凝土框架柱的延性要求

　　柱是框架的竖向构件，地震时柱产生破坏比梁产生破坏更容易引起框架倒塌。影响钢筋混凝土框架柱延性和耗能能力的主要因素是：柱的剪跨比、轴压比、纵向受力钢筋的配筋率和塑性铰区箍筋的配置等，此外，还应注意以下几点：

　　(1）限制柱的轴压比。轴压比是指柱的平均压应力设计值与混凝土抗压强度设计值的比值。轴压比大的柱子达到极限承载力后滞回曲线的骨架线下降较快，屈服后的变形能力小，耗能能力不如轴压比小的柱子，延性较差。

　　(2）控制柱的剪跨比。剪跨比反映了柱端截面承受的弯矩和剪力的相对大小。剪跨比大于2的柱为长柱，其弯矩相对较大，容易实现延性压弯破坏；剪跨比小于2大于1.5的柱为短柱，一般发生剪切破坏，若配置足够的箍筋，也可能实现延性较好的剪切受压破坏；剪跨比小于1.5的柱为超短柱，一般发生剪切斜拉破坏，工程中应尽量避免采用超短柱。

　　(3）提高纵筋配筋率。提高柱的纵向钢筋配筋率，可以提高其轴压承载力，降低轴压比。同时，还可以提高轴压力作用下的正截面承载力，提高柱的延性。

　　(4）利用箍筋约束塑性铰区混凝土。框架柱的箍筋有三个作用：抵抗剪力、对混凝土提供约束以及防止纵筋压屈。通常可以用一个综合指标——配箍特征值来度量箍筋的约束程度。一般来说，箍筋间距越密，约束效果越好；直径小、间距密的箍筋约束效果优于直径大、间距大的箍筋。小偏心受压破坏的钢筋混凝土柱，配置一定量的箍筋，也可实现有一定延性的破坏形态。

　　4 结束语

　　毕业设计是土木工程专业教学中一个重要环节，全面提高学生毕业设计的质量，既是一个系统工程，又是一项长期任务。盐城工学院土木工程专业近几年在全面提高毕业设计质量方面做了一些有益的探索，实践证明，扎实有效的改革是毕业设计取得良好效果的保证，可以充分锻炼学生的实践和创新能力，同时对土木工程专业教学质量的提高有重要意义。

　　参考文献

　　[1]童乐为,罗烈,刘沈如,等.土木工程专业毕业设计教学创新体系建设探讨[J].高等建筑教育,2010,19(2):111-114.

　　[2]陈华,黄柳云.提高土木工程专业毕业设计质量的几点探索[J].中国现代教育装备,2010(5):149-151.

　　[3]孙德发,赵全振,江平.土木工程专业毕业设计教学改革研究与实践[J].高等建筑教育,2009,18(1):98-100.

作者单位：盐城工学院土木工程学院原文出处：潘永灿.土木工程专业混凝土框架结构毕业设计常见问题分析[J].住宅与房地产,2020(06):277.