結(jié)合實(shí)例論多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

洛陽(yáng)智中建筑設(shè)計(jì)院有限公司 河南洛陽(yáng) 471000

摘要：多層框架結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用比較廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式。本文主要是結(jié)合河南省洛陽(yáng)市某多層商場(chǎng)框架結(jié)構(gòu)為素材，對(duì)其框架結(jié)構(gòu)方案的構(gòu)思和在概念設(shè)計(jì)上應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行了敘述，重點(diǎn)對(duì)其結(jié)構(gòu)計(jì)算的要點(diǎn)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：多層框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算

一、框架結(jié)構(gòu)方案構(gòu)思時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

在設(shè)計(jì)人員進(jìn)行鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，要先做好一定的工作準(zhǔn)備，根據(jù)不同的材料和要求，綜合全面考慮，以保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、合理性、經(jīng)濟(jì)性和可行性。一般在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)方案構(gòu)思的過(guò)程中，需要注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題：① 從力學(xué)觀點(diǎn)看，在民用和公共建筑的平面布局中，應(yīng)當(dāng)盡量保證柱網(wǎng)按開(kāi)間等跨和進(jìn)深等距（或近似于等距）布置，這樣可以相應(yīng)減少邊跨柱距，也可以充分利用連續(xù)梁的受力特點(diǎn)以減少結(jié)構(gòu)中的彎矩，可以使各跨梁截面趨于一致，從而提高結(jié)構(gòu)的整體剛度。②結(jié)構(gòu)方案還應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)情況和建筑功能要求綜合考慮。 ③ 框架結(jié)構(gòu)的傳力路線應(yīng)簡(jiǎn)捷明了。一般來(lái)說(shuō)，在相同的荷載作用下，結(jié)構(gòu)的傳力路線越短、越直接，結(jié)構(gòu)的工作效能越高，所耗費(fèi)的建材也就越少。

二、在概念設(shè)計(jì)上需要注意的問(wèn)題

1、關(guān)于強(qiáng)柱弱梁節(jié)點(diǎn)

由于在當(dāng)前多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)地震的影響因素考慮的都不太周全，使得在地震來(lái)臨時(shí)，建筑物會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題與故障，這也是當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)形式中的主要缺陷。這種缺陷和問(wèn)題是以梁柱節(jié)點(diǎn)在設(shè)計(jì)中存在問(wèn)題為主要影響形式和影響因素的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)各個(gè)梁端和截面進(jìn)行控制以及對(duì)抗彎能力進(jìn)行處理，這是當(dāng)前鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，更是決定由強(qiáng)震引起柱端截面屈服后塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能否不超過(guò)其塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力，而且不致形成“層側(cè)移機(jī)構(gòu)”，保證柱不被壓潰的關(guān)鍵控制措施。當(dāng)建筑許可時(shí)，盡可能的將柱的截面尺寸設(shè)計(jì)的大些，并控制柱的軸壓比要滿足規(guī)范要求，以增加延展性。在進(jìn)行截面承載力驗(yàn)算時(shí)，將柱的設(shè)計(jì)彎矩按強(qiáng)柱弱梁原則調(diào)整放大，加強(qiáng)柱的配筋?？蚣芰杭用軈^(qū)箍筋肢距應(yīng)滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

2、關(guān)于強(qiáng)剪弱彎措施

強(qiáng)剪弱彎是保證構(gòu)件延性，防止脆性破壞的重要原則，它要求人為加大各承重構(gòu)件相對(duì)于其抗彎能力的抗剪承載力，使這些部位的結(jié)構(gòu)在遭遇地震的過(guò)程中能以足夠的保證率不出現(xiàn)脆性剪切失效。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)中的框架梁應(yīng)注意抗剪驗(yàn)算和構(gòu)造，使其滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3、注意構(gòu)造措施

對(duì)于大跨度柱網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)，在樓梯間處的框架柱因樓梯平臺(tái)梁與其相連，使得樓梯間處的柱有可能會(huì)成為短柱，在設(shè)計(jì)中要對(duì)柱箍筋全長(zhǎng)加密。這一點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中容易被忽視，應(yīng)引起重視。②對(duì)框架結(jié)構(gòu)外立面為帶形窗時(shí)，因設(shè)置連續(xù)的窗過(guò)梁，使外框架柱可能成為短柱，再設(shè)計(jì)中我們要特別考慮到這點(diǎn)，只有通過(guò)這種細(xì)節(jié)的把握才能進(jìn)一步完善方案，確保建筑物的壽命和抗災(zāi)害能力。

三、結(jié)構(gòu)計(jì)算的要點(diǎn)

1、計(jì)算簡(jiǎn)圖的處理

在結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算簡(jiǎn)圖選取的正確與否，直接影響到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，其中比較典型的是基礎(chǔ)梁的處理。一般情況下，基礎(chǔ)梁設(shè)置在基礎(chǔ)高度范圍內(nèi)，作為基礎(chǔ)的一部分，此時(shí)結(jié)構(gòu)的底層計(jì)算高度應(yīng)取基礎(chǔ)頂面至一層樓板頂面的高度。基礎(chǔ)梁僅考慮承擔(dān)上部墻體荷載，構(gòu)造滿足普通梁的要求即可。當(dāng)按規(guī)范要求需設(shè)置基礎(chǔ)拉梁時(shí)，其斷面和配筋可按構(gòu)造設(shè)計(jì)，截面高度取柱中心距的1/12～1/18，縱向受力鋼筋取所連接的柱子的最大軸力設(shè)計(jì)值的10%作為拉力來(lái)計(jì)算。但是，當(dāng)基礎(chǔ)埋深過(guò)大時(shí)，為了減少底層的計(jì)算高度和底層的位移，設(shè)計(jì)者往往在±0.000以下的某個(gè)適當(dāng)位置設(shè)置基礎(chǔ)拉梁。

2、結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)的選取

2.1 設(shè)計(jì)基本地震加速度值

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）中規(guī)定：抗震設(shè)防烈度為7 度時(shí)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值分別為0.1g 和0.15g 兩種，抗震設(shè)防烈度為8 度時(shí)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值分別為O.2g 和0.3g 兩種。計(jì)算中應(yīng)嚴(yán)格注意地震區(qū)的劃分，選取正確的設(shè)計(jì)基本地震加速度值，這一項(xiàng)對(duì)地震作用效應(yīng)的影響極大。

2.2 結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)

框架結(jié)構(gòu)由于填充墻的存在，使結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度，計(jì)算周期大于實(shí)際周期，因此，算出的地震作用效應(yīng)偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全，因而對(duì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期進(jìn)行折減是必要的。

2.3 活荷載的最不利布置

多層框架，尤其是活荷載較大時(shí)，是否進(jìn)行活荷的最不利布置對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大。即使選用程序中給定的梁設(shè)計(jì)彎矩放大系數(shù)，也不一定能反映出工程的實(shí)際受力情況，有可能造成結(jié)構(gòu)不安全或過(guò)于保守?？紤]目前的計(jì)算機(jī)計(jì)算速度都比較快，作者建議所有工程都應(yīng)進(jìn)行活荷載的最不利布置計(jì)算。

3、獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載取值

鋼筋混凝土多層框架房屋多采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，《抗震規(guī)范》（GB50011-2010）第4.2.1 條指出，當(dāng)?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)不存在軟弱粘性土層時(shí)，不超過(guò)8 層且高度在24m 以下的一般民用框架房屋或荷載相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房，可不必進(jìn)行地基和基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算。這就是說(shuō)，在8 度以下地震區(qū)，大多數(shù)鋼筋混凝土多層框架房屋可不必進(jìn)行地基和基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算。但這些房屋在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮風(fēng)荷載的影響。因此，在鋼筋混凝土多層框架房屋的整體計(jì)算分析中，必須輸入風(fēng)荷載，不能因?yàn)樵诘卣饏^(qū)高層建筑以外的一般建筑風(fēng)荷載不起控制作用就不輸入。

另一種情況是，在設(shè)計(jì)獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)，作用在基礎(chǔ)頂面上的外荷載（柱腳內(nèi)力設(shè)計(jì)值）只取軸力設(shè)計(jì)值和彎矩設(shè)計(jì)值，無(wú)剪力設(shè)計(jì)值，或者甚至只取軸力設(shè)計(jì)值。以上兩種情況都會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)計(jì)尺寸偏小，配筋偏少，影響基礎(chǔ)本向和上部結(jié)構(gòu)的安全。

4 設(shè)計(jì)構(gòu)造方面的問(wèn)題

4.1 框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)箍筋配置應(yīng)滿足要求對(duì)于規(guī)范中規(guī)定的框架柱箍筋加密區(qū)的箍筋最小體積配箍率的要求，絕大部分設(shè)計(jì)人員都能給予足夠的重視，但對(duì)于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）中6.3.10條規(guī)定的“一、二、三級(jí)框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)配箍特征值分別不宜小于0.12、0.10、0.08 且體積配箍率分別不宜小于0.6%、0.5%，0.4%?！痹O(shè)計(jì)中經(jīng)常被忽視，尤其是柱軸壓比不大時(shí)，常常不滿足要求。這一規(guī)定是保證節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)延性的重要構(gòu)造措施，應(yīng)嚴(yán)格遵守。

4.2 底層框架柱箍筋加密區(qū)范圍應(yīng)滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）中規(guī)定：“底層柱，柱根處箍筋加密區(qū)范圍為不小于柱凈高的1/3”。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，建筑工程的設(shè)計(jì)方案更加合理，但是對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一些不可忽視的問(wèn)題仍然需要我們足夠的重視，通過(guò)對(duì)本文的分析，讓我們?cè)阡摻罨炷量蚣芙Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，多了一份細(xì)心，多了一份了解，為此設(shè)計(jì)出更加合理的工程結(jié)構(gòu)。

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