淺談民用建筑多層框架結構設計

新疆民用建筑設計院有限公司 劉文峰

淺談民用建筑多層框架結構設計

新疆民用建筑設計院有限公司 劉文峰

民用建筑工程質量的優(yōu)劣直接關系到人們的生命安全。文章對民用建筑多層框架結構設計中應注意的問題進行了分析，并提供了一些改進措施和方法。

民用建筑 結構設計 注意問題 改進措施

一、引言

建筑結構設計簡而言之就是用結構語言來表達建筑師及其它專業(yè)工程師所要表達的東西。民用建筑工程質量的優(yōu)劣直接關系到人們的生命安全。建筑質量的好壞主要由設計質量和施工質量兩個方面來衡量。相對而言，建筑設計是一項繁重而又責任重大的工作，直接影響到建筑物的安全、適用、經濟和合理性。但在實際設計工作中，常常發(fā)生建筑結構設計的種種概念和方法上的差錯。本文結合筆者多年參加施工圖設計和審查的工作經驗，對民用建筑多層框架結構體系中梁、柱的截面尺寸、配筋率和梁裂縫寬度的調整及設計中應注意的問題進行了分析，并提供了一些改進措施和方法。以避免或減少施工中類似問題的發(fā)生，確保建筑設計質量能上一個臺階。

二、梁、柱截面尺寸的選擇

梁、柱的截面尺寸的選擇是框架結構設計的前提，首先應滿足規(guī)范所要求的取值范圍，還應注意盡可能使柱的線剛度與梁的線剛度的比值大于1，以達到在罕遇地震作用下，梁端形成塑性鉸時，柱端處于非彈性工作狀態(tài)而沒有屈服，節(jié)點仍處于彈性工作階段的目的，即規(guī)范所要求的“強柱弱梁強節(jié)點”。

三、框架柱配筋的調整

框架柱的配筋率一般都很低，有時電算結果為構造配筋，但是實際工程中均不會按此配筋，因為在地震作用下的框架柱，尤其是角柱，所受的扭轉剪力最大，同時又受雙向彎矩作用，而橫梁的約束又較小，工作狀態(tài)下又處于雙向偏心受壓狀態(tài)，所以其震害重于內柱，對于質量分布不均勻的框架尤為明顯，因此應選擇最不利的方向進行框架計算，另外也可分別從縱、橫兩個方向計算后比較同一側面的配筋，取其較大值，并采用對稱配筋的原則，為了滿足框架柱在多種內力組合作用下其強度要求，在配筋計算時應注意以下問題：

1. 角柱、邊柱及抗震墻端柱在地震作用組合下會產生偏心受拉時，其柱內縱筋總截面面積應比計算值增大25%；框架柱的配筋可放大1.2～1.6倍，其中角柱1.4倍，邊柱1.3倍，中柱1.2倍；框架柱的箍筋形式應選用菱形或井字形，以增強箍筋對混凝土的約束；對于二、三級框架的底層柱底和底部加強部位縱筋宜采用焊接，且當柱縱向鋼筋的總配筋率超過3%時，箍筋的直徑不應小于8，并應焊接。

2. 多層框架電算時常不考慮溫度應力和基礎的不均勻沉降，當多層框架水平尺寸和垂直尺寸較大以及地基軟弱土層較厚或地基土質不均勻時，可以適當放大框架柱的配筋，且宜在縱、橫兩個方向設置基礎梁，其配筋不宜按構造設置，應按框架梁進行設計，并按規(guī)范要求設置箍筋加密區(qū)。

四、框架梁裂縫寬度、斜截面配筋調整

1. 影響裂縫寬度的因素和調整的辦法?？蚣芰旱牧芽p寬度驗算往往被工程設計人員忽視，對此應引起我們的注意。影響裂縫寬度的主要因素有兩方面，一是構件的混凝土強度等級，二是鋼筋的級別和直徑。由于混凝土等級與鋼筋的級別有一定的“依賴關系”，因此對于普通的混凝土構件，混凝土的高等級對減小梁的裂縫寬度影響不大，一般情況下宜采用加大梁的配筋率或增大梁的截面尺寸的方法來減小梁的裂縫寬度。另外需注意在利用計算機輔助軟件進行結構建模中的荷載輸入時，一定要將恒、活載數(shù)值分開輸入，以便進行內力組合和裂縫寬度的計算，不要貪圖省事而將恒、活載合并輸入，以防止梁、柱內力計算錯誤，致使所繪制的施工圖不能使用。

2. 梁端斜截面的配筋調整?？蚣芙Y構設計中，宜滿足在地震作用下框架梁的梁端斜截面受彎承載力的規(guī)范要求，即“強剪弱彎”。具體設計和梁配筋調整時，采用以下方法：（1）不放大梁端負彎矩鋼筋而加大梁的跨中受力鋼筋；（2）梁端箍筋的直徑可增加2mm；（3）支座處盡量不設置彎起鋼筋，宜利用箍筋承受支座剪力。

3. 在電算中合理、準確運用彎矩的調幅。規(guī)范規(guī)定只有在豎向力作用下梁端彎矩可調幅，水平力作用下梁端彎矩不允許調幅，因此在計算時必須先將豎向荷載作用下的梁端彎矩調幅后，再將水平荷載產生的梁端彎矩疊加。在此可采用兩種方法：一是將梁端的固定彎矩調幅后，再進行力矩分配；二是將由力矩分配法算得的梁端負彎矩直接乘以調幅系數(shù)。

五、框架結構設計中還應注意的其它問題

在框架結構中不允許采用兩種不同的結構型式，樓、電梯間、局部突出屋頂?shù)姆块g，均不得采用磚墻承重，因為框架結構是一種柔性結構體系，而磚混結構是一種剛性結構。為了使結構的變形相互協(xié)調，不應采用不同結構混合受力。

加強短柱的構造措施：在工程施工過程中頂棚可能要吊頂或其它裝修。往往要求柱間填充墻不到頂或者是在墻上任意開門窗洞，這樣往往會造成短柱，由于短柱剛度大，吸收地震作用使其受剪，當混凝土抗剪強度不足時，則產生交叉裂縫及脆性錯斷，從而引起建筑物或構筑物的破壞甚至倒塌，因此在設計中應采取如下措施：1）盡量減弱短柱的樓層約束，如降低相連梁的高度、梁與柱采用鉸接等；2）增加箍筋的配置，在短柱范圍內箍筋的間距不應大于l00mm，柱的縱向鋼筋間距≤150mm；3）采用良好的箍筋類型，如螺旋箍筋、復合螺旋箍筋、雙螺旋箍筋等。

由于建筑的需要，有時需要框架梁外挑，且梁下設置鋼筋混凝土柱。在柱的內力和配筋計算中，有些設計人員對其受力概念不清，誤認為此柱為構造柱，并且其配筋為構造配筋，懸臂梁也未按計算配筋，這樣有可能導致水平荷載作用下承載力不足，為事故的發(fā)生埋下隱患。實際上，在結構的整體計算中，此柱為偏心受壓構件，柱與梁端交接處類似于框架梁、柱節(jié)點，應考慮懸臂梁梁端的協(xié)調變形。所以對于此柱應作為豎向構件參與結構的整體分析，并且柱與梁端交接處應按框架梁、柱的節(jié)點處理。

六、結束語

結構設計是個系統(tǒng)、全面的工作，需要扎實的理論知識功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴肅認真負責的工作態(tài)度。結構設計員，在進行多層框架房屋結構設計時，不僅要掌握設計規(guī)范，還應根據(jù)自己的工程中積累的經驗，結合設計計算結果選擇出合理的結構體系，正確的處理結構設計中問題，提高民用建筑結構設計水平，確保建筑設計質量不斷提升，以使民用建筑的結構設計工作做到更安全、更合理。

[1] 中華人民共和國建設部，混凝土結構設計規(guī)范GB50010-2002，中國建筑工業(yè)出版社：2002

[2] 植偉平；分析民用建筑多層框架結構設計；建材與裝飾（下旬刊）；2008年02期

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