建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點探析

馬化嘉

摘要：本文作者結(jié)合實際工作經(jīng)驗，對多層建筑框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點進行深入的分析，供同行參考。

關(guān)鍵詞：建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；要點；探析

Abstract: The author combines practical work experience, in-depth analysis of the design features of the framework structure of the multi-storey building, for reference.Keywords: construction; structure design; points; Exploration

中圖分類號：TU3文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2012）

現(xiàn)代建筑造型和建筑功能要求的多樣化發(fā)展，使得現(xiàn)代建筑設(shè)計中的難題也逐漸增多，對設(shè)計者的挑戰(zhàn)也隨之增加。而作為一名建筑設(shè)計者，應(yīng)該在嚴格遵循各種相關(guān)規(guī)范的前提下，采用靈活、大膽的方式和方法來解決一些結(jié)構(gòu)上的設(shè)計難點問題，并在實際工作中不斷地進行充實和完善。在現(xiàn)代建筑中采用框架結(jié)構(gòu)的形式比較常見，框架結(jié)構(gòu)具有受力清晰、空間使用率高、工程造價較低的特點，被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)和民用建筑領(lǐng)域。

我們所說的框架結(jié)構(gòu)建筑就是指那些承重梁柱由混凝土和鋼筋搗成的，再將其用浮石、加氣混凝土、蛭石、膨脹珍珠巖、陶爛等輕質(zhì)量的板材進行隔墻分戶的建筑。建筑的框架結(jié)構(gòu)主要是由梁柱構(gòu)成的，它的構(gòu)件截面很小。所以框架結(jié)構(gòu)的剛度還有承載能力都很低，這種受力的特點和豎向懸臂剪切梁有些相似，越高的樓層，水平的位置移動就越慢，高層的框架不僅要承受縱向的水平力還要承受橫向的水平力。這樣，現(xiàn)澆樓面也當做是梁，共同操作。不要考慮裝配整體式樓面產(chǎn)生的作用，一般框架結(jié)構(gòu)的墻體是填充墻，主要的作用是分隔還有圍護，它的特點主要是可以為建筑提供靈活的使用空間，但是它的抗震性很差。建筑框架結(jié)構(gòu)的具體類別：框架的分類按照跨數(shù)分主要有單跨和多跨；按照層數(shù)分類則有單層和多層；按照立面的構(gòu)成分類有對稱和不對稱兩種；按照所用的材料分為鋼框架、鋼筋混凝土框架、預應(yīng)力混凝土框架、膠合木結(jié)構(gòu)框架或鋼與鋼筋混凝土混合框架等。

1 多層框架結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計問題及處理

1.1 基礎(chǔ)聯(lián)系梁的設(shè)計問題

當建筑的基礎(chǔ)埋置比較深時，可以用基礎(chǔ)聯(lián)系梁來減少底層柱的計算長度。在±0.00 以下設(shè)置聯(lián)系梁，形成有效的框架，聯(lián)系梁下的柱可按照短柱進行加強處理。有抗震設(shè)防要求時，基礎(chǔ)間宜沿著兩個主軸的方向設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)系梁；如果基礎(chǔ)聯(lián)系梁上作用有填充墻或者樓梯柱等荷載傳來時，應(yīng)該與所連柱的最大軸力設(shè)計值的10%疊加計算，基礎(chǔ)聯(lián)系梁的配筋應(yīng)該滿足梁的受力要求?；A(chǔ)聯(lián)系梁的項標高宜與基礎(chǔ)的頂端標高一致。當基礎(chǔ)形式為獨立擴展基礎(chǔ)，施工時應(yīng)先將基礎(chǔ)聯(lián)系梁下與獨立基礎(chǔ)之間的空隙部分進行混凝土澆筑，澆筑到與基礎(chǔ)頂面平齊，然后再澆筑基礎(chǔ)聯(lián)系梁。這樣可以有效減少基礎(chǔ)聯(lián)系梁的計算跨度。當基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)時，單樁承臺應(yīng)在兩個互相垂直的方向上設(shè)置系梁；兩樁承臺應(yīng)在其短向設(shè)置系梁。如果采用基礎(chǔ)系聯(lián)梁來平衡柱底的彎矩，那么基礎(chǔ)聯(lián)系梁的截面尺寸和配筋應(yīng)該按照框架梁來設(shè)計。此時的梁正彎矩鋼筋應(yīng)該全部的拉通，而負彎矩鋼筋也應(yīng)該在 1/2 跨以上拉通，同時基礎(chǔ)聯(lián)系梁的縱筋在框架柱內(nèi)的錨固、箍筋的加密以及其他抗震結(jié)構(gòu)物都應(yīng)該與上部的框架梁保持一致。

1.2 結(jié)構(gòu)薄弱層的設(shè)計問題

結(jié)構(gòu)薄弱層是指在強震下，結(jié)構(gòu)首先容易產(chǎn)生較大彈塑性位移的部分，這些結(jié)構(gòu)薄弱部位的承載力在設(shè)計時是滿足抗震承載力要求的，但是當?shù)卣鸬恼鸺壴?級以及 7 級以上時，容易出現(xiàn)薄弱現(xiàn)象。通常情況下薄弱層對結(jié)構(gòu)的抗震影響極大，設(shè)計應(yīng)該盡量避免薄弱層的出現(xiàn)。而避免薄弱層通常采取的方法是加大該層的抗震側(cè)移剛度，也就是采取加大此類薄弱層的柱截面和梁截面的措施；如果可以，應(yīng)該改變薄弱層的層高或者減少基礎(chǔ)的埋置深度。如果薄弱層無法避免，應(yīng)該在結(jié)構(gòu)計算和出圖時，保證按照規(guī)范要求采取相應(yīng)構(gòu)造加強措施，除了對薄弱層的地震剪力乘以1～1.5 倍的放大系數(shù)以外，還需要對結(jié)構(gòu)的樓層屈服強度系數(shù)進行驗算。樓層屈服強度系數(shù)應(yīng)該按照構(gòu)件的實際配筋和材料強度標準值進行計算。具體可根據(jù)樓層受剪力和地震作用標準來計算樓層彈性地震剪力的比值，如果地震烈度在7 度到 9 度之間的地區(qū)結(jié)構(gòu)樓層屈服強度系數(shù)小于0.5 時，則需要對結(jié)構(gòu)進行彈性變形驗算，使其符合建筑抗震設(shè)計規(guī)范。如果不符合以上要求，就必須重新調(diào)整結(jié)構(gòu)布置。

1.3 框架結(jié)構(gòu)梁的設(shè)計問題

在對框架結(jié)構(gòu)建筑進行設(shè)計時，位于梁下部或梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載，應(yīng)由附加橫向鋼筋承擔，則需要考慮設(shè)置附加箍筋和吊筋，為方便施工可優(yōu)先考慮采用附加箍筋，如主次梁搭接時，可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計總說明處，畫上一節(jié)點，在有次梁部位的兩側(cè)各加上3根主梁箍筋來作為補充?？蚣芰号c次梁的端部出現(xiàn)相交的現(xiàn)象，或者彈性支承在墻體上，對于梁端支座可以按照簡支梁的方式來處理，但是必須對梁的端箍筋進行加密。在設(shè)計抗扭梁時，縱筋的間距應(yīng)該小于 300 mm，并保證小于梁的寬度。通常在設(shè)計的時候可采用加大腰筋直徑加密腰筋間距的方法來增加梁的抗扭力，同時對于縱筋和腰筋錨入支座內(nèi)的長度應(yīng)該符合要求。對于箍筋也應(yīng)該符合抗震設(shè)防要求。在反梁板吊在梁底時，板的荷載主要由箍筋來承擔，可適當加密箍筋的間距，加大箍筋直徑。對于框架梁截面的高度設(shè)計，應(yīng)該在梁跨度的1/10 至1/15 之間選擇，對于寬扁梁的寬度，則最大可以設(shè)計到柱寬的兩倍。

1.4 框架結(jié)構(gòu)柱的設(shè)計問題

如果框架結(jié)構(gòu)柱在地上的部分為圓柱時，在地下的部分就盡量做成矩形柱，這樣可以盡量減少施工的工序。圓柱的縱筋根數(shù)應(yīng)該保證在 8 根以上，而圓柱的箍筋宜優(yōu)先采用螺旋式，這樣可以有效增加結(jié)構(gòu)的整體性和柱子的剛度及承載力，施工圖紙中需要注明柱子端部有一圈半的水平段；矩形柱宜優(yōu)先選用井字復合箍的箍筋形式，有抗震設(shè)防要求的需按照建筑抗震設(shè)計規(guī)范進行加密設(shè)計。角柱和樓梯間的框架柱、梯柱應(yīng)在全柱高范圍內(nèi)進行加密。通?？蚣芙Y(jié)構(gòu)柱的截面，非抗震時不宜小于邊長 250 mm，四級抗震邊長不宜小于300 mm，一、二、三級抗震時邊長不宜小于 400mm；框架柱混凝土的標號則應(yīng)該在 C25 以上，且梁縱筋錨入柱內(nèi)的水平段長度、彎折長度應(yīng)該符合規(guī)范要求。

2 多層建筑框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點

2.1 盡量避免短柱的出現(xiàn)

在對框架結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，應(yīng)該盡量避免出現(xiàn)短柱現(xiàn)象。因為短柱的抗震性能通常較差。但是在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，由于樓梯間休息平臺梁或者樓層的高矮等原因，有些短柱的出現(xiàn)很難避免。所以，如果存在短柱，就應(yīng)該按照建筑抗震設(shè)計規(guī)范進行處理，盡量提高短柱的抗震性能。另外，如果在同一樓層中，均為短柱，且各柱之間的剛度比較均勻、相差不大，則認為其結(jié)構(gòu)是可以得到保證。

2.2 中心線應(yīng)該符合規(guī)定

框架梁與柱的中心線應(yīng)該符合相關(guān)規(guī)定，也就是框架梁、柱中心應(yīng)該盡量重合，如果中心線存在偏移現(xiàn)象時，需要全面考慮偏心對梁柱節(jié)點核心區(qū)受力和構(gòu)造可能產(chǎn)生的影響，同時也應(yīng)該考慮到梁上荷載對柱子的偏心影響。如果偏心距大于該方向上柱寬度的 1/4 時，可以考慮采用增加梁水平方向加腋等措施。而當梁、柱偏心大于該方向柱寬的1/4 時，可采用梁水平腋的措施。加腋后的梁在驗算梁的剪壓比和受彎承載力時，通常不會計算加腋部分截面的有利影響。

2.3 避免砌體墻的出現(xiàn)

在多層框架結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計當中，通常不可以采用部分砌體墻承重的混合形式。通過對大量的震害分析來看，框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)，要比僅按純框架抗側(cè)力剛度時要大很多，尤其是有砌體墻存在的時候，在地震的作用下，砌體結(jié)構(gòu)會最先受到破壞。這種情況下框架結(jié)構(gòu)對于內(nèi)力和配筋并沒有按照實際剛度來確定，這就會使得結(jié)構(gòu)的構(gòu)件在地震作用下很容易受到地震波的破壞，因此，這種建筑設(shè)計會存在一定的危險因素。通過對大量震害建筑的分析來看，框架結(jié)構(gòu)中的承重砌體均會出現(xiàn)較為嚴重的開裂和破壞問題，一些出層頂?shù)臉?、電梯間會因為砌體承重墻的原因出現(xiàn)破壞現(xiàn)象。所以，在多層框架結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計中，應(yīng)該避免砌體承重墻的出現(xiàn)。

3 結(jié)語

現(xiàn)代建筑逐漸朝著多元化方向發(fā)展，框架結(jié)構(gòu)因為具有靈活的空間分隔性和自重輕的特點，已經(jīng)成為我國建筑普遍采用的結(jié)構(gòu)形式之一。多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計由于比較普遍，所以也是一種較為基礎(chǔ)且較為重要的設(shè)計課題。目前的框架建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計大多采用電腦輔助設(shè)計，所以，很多設(shè)計過程中存在的問題容易被忽視，進而導致一些安全隱患的發(fā)生。對于框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中的要點問題，設(shè)計者應(yīng)該認真做好分析和計算工作，盡量避免因為過分依賴計算機，而導致各種設(shè)計失誤。我國城市建設(shè)速度越來越快，城市中的工程建設(shè)數(shù)量逐漸增加，為了更好地建設(shè)，我們要重視工程建設(shè)框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作。它是決定工程能否順利建成的重要因素。接下來我們就對工程建設(shè)框架結(jié)構(gòu)的具體問題進行分析，并且提出在設(shè)計工作中應(yīng)該注意的一些問題及解決辦法。

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