淺析民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

安樂

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，居住小區(qū)的建設(shè)越來越現(xiàn)代化。同時(shí)，伴隨著現(xiàn)代人生活方式的不斷改善，對于居住環(huán)境以及建筑的要求也是越來越高。為此，在現(xiàn)如今的多層民用建筑中，框架結(jié)構(gòu)引起自身所具有的安全、可靠而備受社會所熱愛，應(yīng)用也是越來越廣泛。作為較為基礎(chǔ)的一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類型，民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自然也就成為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為重要的一種。本文結(jié)合多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常碰到的框架結(jié)構(gòu)問題，簡要探討了問題的成因，并由此而提出了一系列應(yīng)對策略，以期能為所需者提供借鑒。

關(guān)鍵詞：民用多層建筑；框架結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；

中圖分類號：TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，簡單來說就是通過結(jié)構(gòu)語言的方式來更好的表達(dá)建筑設(shè)計(jì)人員所想要表達(dá)的內(nèi)容。對于一項(xiàng)民用建筑而言，其工程質(zhì)量的好壞將會對廣大的業(yè)主和用戶產(chǎn)生直接性的影響。而對于建筑質(zhì)量，我們則主要從設(shè)計(jì)質(zhì)量以及施工質(zhì)量兩方面來對其進(jìn)行衡量。建筑設(shè)計(jì)可以說是一項(xiàng)繁重而又有責(zé)任重大的工作，直接影響建筑物適用、安全、經(jīng)濟(jì)以及合理性。但實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)卻經(jīng)常會出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的種種概念和方法上的差錯(cuò)。

一、基礎(chǔ)系梁設(shè)置

基礎(chǔ)埋置的如果較深，可采取基礎(chǔ)系梁降低底層柱長。系梁在±0.00以下進(jìn)行設(shè)置，按一層框架梁設(shè)計(jì)，系梁以下柱按短柱處理。如果項(xiàng)目環(huán)境符合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，則需要設(shè)置基礎(chǔ)系梁。為滿足抗震需要，需沿兩主軸構(gòu)造基礎(chǔ)系梁，其截面高為柱中心距1/12-1/15。取連接柱最大軸力值10％計(jì)算系梁縱向受力鋼筋壓力或拉力。如果是構(gòu)造配筋，則需符合最小配筋率；如果樓梯柱或填充墻傳來荷載，則需疊加計(jì)算與所連接柱最大軸力值10％。適當(dāng)增加基礎(chǔ)系梁截面，配筋需滿足受力和構(gòu)造要求。構(gòu)造基礎(chǔ)系梁的頂標(biāo)高需要和基礎(chǔ)頂同高。為降低基礎(chǔ)系梁跨度，可把基礎(chǔ)梁下和獨(dú)立基礎(chǔ)臺階或錐形斜坡間空隙用混凝土澆筑至平齊，再進(jìn)行基礎(chǔ)系梁的澆筑。如果用基礎(chǔ)系梁平衡柱底彎矩，基礎(chǔ)系梁截面與配筋按框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)。全部拉通拉梁正彎矩鋼筋，至少在1/2跨拉通負(fù)彎矩鋼筋，縱筋在框架柱內(nèi)錨固、箍筋加密及抗震構(gòu)造都要和上部框架梁相同，同時(shí)保證此時(shí)拉梁設(shè)在基礎(chǔ)頂。

二、框架結(jié)構(gòu)薄弱層處理

薄弱層指的是在大地震中，某些部位首先屈服并有較大彈塑性位移，他們的承載力設(shè)計(jì)需滿足抗震承載力要求，當(dāng)?shù)卣鹆叶权R7度時(shí)才會出現(xiàn)。薄弱層對抗震極為不利，應(yīng)盡量避免薄弱層，最基本的是加大該層抗側(cè)移剛度。如果允許，可減少基礎(chǔ)埋深或改變該層層高。如果無法避免，結(jié)構(gòu)計(jì)算和出圖須按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，除薄弱層地震剪力乘以1.15倍放大系數(shù)外，還需驗(yàn)算樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)。如果在地震烈度7-9度地區(qū)，結(jié)構(gòu)樓層屈服系數(shù)<0.5，則要對彈塑性進(jìn)行變形驗(yàn)算，如果達(dá)不到規(guī)定要求，則須調(diào)整原有結(jié)構(gòu)布置。

三、樓板開大洞結(jié)構(gòu)計(jì)算

如果樓板開洞面積大于該樓層面積1-30％，就為平面不規(guī)則，計(jì)算時(shí)須作處理。以PKPM軟件來說，TAT和SATWE分別采用兩種方式處理。TAT將無樓板節(jié)點(diǎn)作為彈性節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)不受剮性樓板假定限制，平動自由度獨(dú)立；SATWE軟件將所有樓板作為彈性膜，由軟件計(jì)算樓板平面內(nèi)剛度，忽略樓板外剛度。如果樓層洞口面積超過樓層面積的30％，則可把全樓樓板定義為彈性膜，也可將該層洞口邊緣節(jié)點(diǎn)定義為彈性節(jié)點(diǎn)；如果屋面為剛網(wǎng)架，則可定義為彈性膜。

四、框架梁柱偏心

工程實(shí)際中，建筑外墻與柱邊平齊，框架梁可設(shè)挑耳或與柱偏心。如果框架粱設(shè)挑耳，可讓框架梁與框架柱中心對齊，均利于梁、柱受力。但填充墻構(gòu)造柱下部與上部縱筋不好錨固，可如此處理，如圖1。如果框架柱與框架梁偏心，地震會造成梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)受剪面積不足，對柱帶來扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。所以，建議外框架梁盡量設(shè)挑耳。

五、短柱

如果柱凈高與柱截面高≦4或剪跨比≦2，則該柱即為短柱。在地震作用下，短柱易脆性破壞。短柱受剪承載力和變形能力不足，可能會破壞建筑物，設(shè)計(jì)上盡量避免。短柱成因有二：樓梯間半休息平臺或結(jié)構(gòu)局部錯(cuò)層造成兩框架梁之間框架柱凈高較??；填充墻不當(dāng)設(shè)置造成某層框架柱兩側(cè)一部分無填充墻，一部分有填充墻，無填充墻柱凈高與柱截面之比≦4，形成短柱。為此，我們可以增加柱抗剪承載力及改善變形能力，采用復(fù)合箍筋，沿全高加密；保證短柱縱向鋼筋對稱布置，每側(cè)縱向配筋率≦1.2％，也可外包鋼板、配x形鋼筋等。

六、合理選用部分計(jì)算參數(shù)

1、折減梁扭矩

現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)中，如果梁兩邊沒有樓板或有弧形梁時(shí)，扭矩折減系數(shù)應(yīng)為 1.0；如果梁兩側(cè)均有樓板，應(yīng)對梁的扭矩進(jìn)行折減，折減系數(shù)一般為 0.4。對于一般工程，梁的配筋應(yīng)計(jì)算兩次：一次對所有梁的扭矩折減，計(jì)算出兩側(cè)都有樓板的梁的配筋；另一次對所有的梁扭矩不折減，計(jì)算出一側(cè)有樓板或兩側(cè)都沒有樓板的梁的配筋。這樣計(jì)算結(jié)構(gòu)比較符合實(shí)際。

2、梁端負(fù)彎矩調(diào)整系數(shù)與粱彎矩放發(fā)系數(shù)

結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，框架梁在豎向荷載作用下，梁端負(fù)彎矩往往很大，造成鋼筋太密，無法施工；同時(shí)，由于框架結(jié)構(gòu)一般為超靜定結(jié)構(gòu)，框架梁在達(dá)到承載能力極限狀態(tài)之前，總會產(chǎn)生不同程度的塑性內(nèi)力重分布。所以，可以適當(dāng)降低框架梁在豎向荷載作用下的負(fù)彎矩，通過平衡條件相應(yīng)增大梁跨中彎矩。應(yīng)注意這里只是降低梁在豎向荷載作用下的負(fù)彎矩，然后再與水平作用產(chǎn)生的彎矩組合設(shè)計(jì)。而梁彎矩放大系數(shù)僅在沒有考慮梁的活荷載不利布置時(shí)起作用，并且對梁的正負(fù)彎矩均起作用，且不可與考慮梁的活荷載不利布置同時(shí)考慮，這樣會引起梁彎矩增大，浪費(fèi)材料。

七、平法圖集注意事項(xiàng)

大多數(shù)框架結(jié)構(gòu)都按照《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖》的標(biāo)準(zhǔn)來表示梁、柱、剪力墻配筋，但使用圖集需注意：如果采用剖面列表法表示配筋，則要注意每層樓面標(biāo)高以下箍筋加密區(qū)長度應(yīng)為框架梁高與規(guī)范箍筋加密區(qū)長度之和，因?yàn)镻KPM軟件出圖時(shí)加密區(qū)長度不包含梁高，施工人員如按圖施工，會造成箍筋加密區(qū)高度不夠。此外，一層建筑地面在主體結(jié)構(gòu)澆筑完后才施工，如果一層地面為剛性地面，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，柱箍筋在剛性地面上下各500mm范圍內(nèi)需加密，這點(diǎn)容易被施工單位忽視，設(shè)計(jì)人需要在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中交待明確。井字梁支座上部縱筋外伸長度應(yīng)交待清楚，設(shè)計(jì)人需明確指出。此外，如果梁截面過小或承載力過大，框架梁如設(shè)三排縱筋，則可調(diào)整梁截面或縱筋直徑為兩排，否則，第三排縱筋外伸長度需交待。

八、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（包括建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和建筑附屬機(jī)電設(shè)備等）需作抗震設(shè)計(jì)。如框架結(jié)構(gòu)中女兒墻構(gòu)造柱，如果高度>1.0m，則要進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)造，保證墻體穩(wěn)定。建筑裝飾用砌塊柱穩(wěn)定性、突出屋面小構(gòu)架內(nèi)力與配筋等都有專門規(guī)定，設(shè)計(jì)人員需嚴(yán)格遵守。突出屋面女兒墻、屋頂間、煙囪地震作用，乘以增大系數(shù)3，增大部分不往下傳遞，但與該突出部分相連構(gòu)件需計(jì)入?？蚣芙Y(jié)構(gòu)中突出屋面的樓梯間、電梯間、水箱間可用框架承重，不用砌體承重。

九、結(jié)論

多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者須先判斷結(jié)構(gòu)方案可行性，提前采取措施解決可能碰到的問題，認(rèn)真分析、判斷所有計(jì)算，準(zhǔn)確無誤方可用于實(shí)際。

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