探析民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘要：通過本文的研究，分別從建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、建筑多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題以及多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三個(gè)方面總結(jié)了民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性，并針對(duì)其中出現(xiàn)的問題提出了應(yīng)對(duì)措施和方法，以促進(jìn)民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的提高。

關(guān)鍵詞：民用建筑，多層框架結(jié)，設(shè)計(jì)

1.多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

1.1剛?cè)嵯酀?jì)

建筑物框架結(jié)構(gòu)不宜太柔，太柔的結(jié)構(gòu)由于變形能力強(qiáng)，可以很好的抵御和削減外力，但是如果外力持續(xù)襲來，則會(huì)導(dǎo)致變形過大而使全體傾覆;也不宜太剛，太剛會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形能力差，如果承受瞬間巨大破壞力，容易使局部受損進(jìn)而導(dǎo)致全部毀壞。

1.2層層設(shè)防

結(jié)構(gòu)安全體系需要層層設(shè)防，當(dāng)強(qiáng)大的外力襲來，所有抵抗外力的結(jié)構(gòu)通力合作抵御外力。如果把抵御外力的任務(wù)寄托在一個(gè)結(jié)構(gòu)上，是非常危險(xiǎn)的。如土建結(jié)構(gòu)中多肢墻比單片墻好，框架剪力墻比純框架好等等，就是體現(xiàn)了多道防線的設(shè)計(jì)思路。

1.3抓大放小

絕對(duì)安全的結(jié)構(gòu)是沒有的。各個(gè)構(gòu)件擔(dān)任的角色不盡相同，按照其重要性也就有輕重之分，他們共同構(gòu)成協(xié)調(diào)統(tǒng)一的整體。一旦巨大的破壞力量突然襲來，各個(gè)構(gòu)件協(xié)作抵抗的目的，就是為了保住最重要的構(gòu)件免遭摧毀。例如，在鋼框架結(jié)構(gòu)中，柱承擔(dān)的責(zé)任比梁大，柱不能先倒。為了保證柱是在最后失效，我們故意把梁設(shè)計(jì)成相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)，使其破壞在先，以最大限度減少可能出現(xiàn)的損失。

2.民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題

2.1多層框架的計(jì)算簡(jiǎn)圖不合理

現(xiàn)在民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題主要是計(jì)算簡(jiǎn)圖不合理，舉例來說，由于是多層框架結(jié)構(gòu)，建筑的獨(dú)立基礎(chǔ)計(jì)算是按照中心受壓計(jì)算的，另外沒有考慮有無地下室等。這種按照中心受壓計(jì)算是不合理的。因?yàn)椋菏紫让裼媒ㄖ亩鄬涌蚣芙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拉梁不能平衡柱腳的彎矩。根據(jù)我國(guó)的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，框架結(jié)構(gòu)地柱的高度應(yīng)取基礎(chǔ)頂面至首層樓蓋頂面的高度，也就是要求這樣的多層框架結(jié)構(gòu)應(yīng)該按照整體進(jìn)行計(jì)算，要將基礎(chǔ)層加入計(jì)算，要將荷載一起輸入計(jì)算。而且當(dāng)設(shè)計(jì)拉梁層時(shí)，要通過比較得出底層柱的配筋是由基礎(chǔ)拉梁頂面的截面控制還是由基礎(chǔ)頂面的截面控制而決定的。因此，如果民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖不合理，會(huì)影響民用建筑的多層框架設(shè)計(jì)的安全性和穩(wěn)定性。

2.2多層框架柱配筋調(diào)整不合理

由于多層框架柱的配筋率普遍較低，并且在實(shí)際建筑工程中可能不按照電算結(jié)果來進(jìn)行構(gòu)造配筋。如果發(fā)生地震時(shí)，框架柱受到的扭轉(zhuǎn)剪力會(huì)很大，又會(huì)受到雙向的彎矩作用，會(huì)嚴(yán)重的傷害到橫梁以及內(nèi)柱，特別是對(duì)質(zhì)量不均的框架傷害更大。另外，由于配筋調(diào)配不合理，在進(jìn)行民用建筑多層框架電算過程中，容易忽略掉溫度和基礎(chǔ)不均勻的沉降等的影響。因此，多層框架柱配筋的調(diào)整不合理會(huì)影響到民用建筑整體框架等。

2.3對(duì)框架梁裂縫寬度的忽視

由于框架梁的裂縫寬度是受混凝土的強(qiáng)度等級(jí)以及鋼筋的直徑和類型等影響，框架梁的裂縫寬度是和混凝土的強(qiáng)度以及鋼筋直接相關(guān)的，而結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)師往往會(huì)忽略框架梁的裂縫寬度。這會(huì)嚴(yán)重的影響到民用建筑的安全性，影響民用多層框架結(jié)構(gòu)建筑對(duì)于災(zāi)害的抵抗性等。

3.加強(qiáng)多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

3.1截面尺寸的選擇

梁、柱的截面尺寸的選擇是框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，除應(yīng)滿足規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002》所要求的取值范圍，還應(yīng)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(dá)到在罕遇地震作用下，梁端形成塑性鉸時(shí)，柱端處于非彈性工作狀態(tài)而沒有屈服，節(jié)點(diǎn)仍處于彈性工作階段的目的。即規(guī)范所要求的“強(qiáng)柱弱梁強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”。

3.2梁、柱的適宜配筋率

框架梁的配筋在設(shè)計(jì)中應(yīng)掌握“適中”的原則，一般情況下其配筋率宜取0.4%～1.5%框架柱的全部縱向受力鋼筋的配筋率宜取1%～3%。另外當(dāng)梁端的縱向受拉鋼筋最小配筋率大于2%時(shí)，其箍筋的最小直徑應(yīng)增大2mm。但是無論在何種情況下，均應(yīng)滿足規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002》所規(guī)定的最大、最小配筋率的要求。

另外框架梁的縱向受拉鋼筋配筋率，應(yīng)注意規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002》與規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ-89》中的區(qū)別。規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ-89》中梁的縱向受拉鋼筋最小配筋率只和框架的抗震等級(jí)有關(guān)，而在規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002》中梁的最小配筋率除和框架的抗震等級(jí)有關(guān)外，還和混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值與鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的比值有關(guān)，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)依據(jù)規(guī)范來確定梁的最小配筋。

3.3調(diào)整框架柱的配筋

針對(duì)角柱和邊柱等在地震作用下會(huì)出現(xiàn)偏心受拉的現(xiàn)象，要保證各種柱中內(nèi)的縱筋總截面要比計(jì)算值增大25%;另外框架柱箍筋的配筋的形式要用井字或者菱形，來增加對(duì)混凝土的約束力;對(duì)于需要加強(qiáng)的底部和柱的底層，配筋需要進(jìn)行焊接，來保證底部的穩(wěn)定性;針對(duì)不同的溫度和基礎(chǔ)土層，要因地制宜，當(dāng)基礎(chǔ)土層分布不均勻時(shí)，要根據(jù)情況放大框架配筋，并根據(jù)情況進(jìn)行加密箍筋配筋。

3.4框架梁裂縫寬度、斜截面配筋調(diào)整

首先，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師要重視框梁的裂縫寬度，不能忽視這個(gè)問題，要根據(jù)影響裂縫寬度的兩個(gè)因素進(jìn)行增加梁的配筋，和增加梁的橫截面尺寸。其次，在借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)建設(shè)模型的數(shù)據(jù)輸入時(shí)，一定要把恒活載數(shù)值分開輸入，以便進(jìn)行內(nèi)力組合和裂縫寬度的計(jì)算。最后，還要在電算過程中要準(zhǔn)確、合理的應(yīng)用彎矩調(diào)幅，有兩種方法可以采用：即先將梁端固定彎矩進(jìn)行調(diào)幅之后，然后對(duì)力矩進(jìn)行分配，或者根據(jù)力矩分配的方法計(jì)算出的梁端彎矩來乘以調(diào)幅的系數(shù)。這樣可以合理準(zhǔn)確的運(yùn)用彎矩的調(diào)幅。

4.其他需要注意的問題

4.1在設(shè)計(jì)過程中注意規(guī)范的強(qiáng)制性

對(duì)于房屋的設(shè)計(jì)工作者來說，要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。我國(guó)的規(guī)范有著強(qiáng)制性的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)工作中，只要嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，無論設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了什么樣的問題，設(shè)計(jì)人員都不會(huì)對(duì)其承擔(dān)任何的責(zé)任。而在西方的一些發(fā)達(dá)國(guó)家，即使設(shè)計(jì)時(shí)嚴(yán)格按照規(guī)范來進(jìn)行，但是一旦出現(xiàn)了問題，設(shè)計(jì)者還需要對(duì)其承擔(dān)一定的責(zé)任，這種差異出現(xiàn)的原因就是在西方國(guó)家的規(guī)范中，是屬于推薦指導(dǎo)的性質(zhì)，而不是強(qiáng)制的性質(zhì)，從這里就可以看出我國(guó)的規(guī)范制定還不夠完善，需要進(jìn)一步的改善及更新。而規(guī)范改進(jìn)需要一個(gè)過程，在這期間就需要設(shè)計(jì)人員增強(qiáng)自身的靈活性、變通性，在實(shí)際工作中要按照房屋的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)相關(guān)部門還要加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的宣傳及監(jiān)管工作，避免因?yàn)樯贁?shù)設(shè)計(jì)人員鉆設(shè)計(jì)規(guī)范的空子而使得房屋的質(zhì)量及施工單位的利益受到損失。

4.2要在設(shè)計(jì)過程中避免浪費(fèi)

一個(gè)合格的房屋設(shè)計(jì)工作者，不僅要能夠設(shè)計(jì)出安全、規(guī)范的房屋，還需要通過對(duì)材料的合理選取使工程以最少的材料達(dá)到預(yù)期的建設(shè)目標(biāo)，從而發(fā)揮出最大的經(jīng)濟(jì)收益。在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，要嚴(yán)防設(shè)計(jì)的浪費(fèi)現(xiàn)象，在我國(guó)目前的多層框架房屋設(shè)計(jì)中，建筑的主要材料鋼筋與混凝土的使用量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國(guó)外同級(jí)別建筑的標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)生了巨大的設(shè)計(jì)浪費(fèi)。

所以相關(guān)部門對(duì)此還要針對(duì)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行宣傳教育工作，在設(shè)計(jì)規(guī)范達(dá)求要求的情況下，避免材料的浪費(fèi)，這樣無論是對(duì)建筑業(yè)而言還是相關(guān)施工單位而言，都能夠避免無謂的支出，從而獲取更多的利益。

5.結(jié)語(yǔ)

總而言之，民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)是一個(gè)比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，所以在對(duì)建筑進(jìn)行施工的時(shí)候很多方法會(huì)出現(xiàn)問題，要想對(duì)該問題進(jìn)行更好的解決，這就要求建筑設(shè)計(jì)師們時(shí)刻學(xué)習(xí)國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及專業(yè)能力，并且在投入設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該做到全身心的不存在任何雜念的工作，只有這樣我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平才能得到有效的提高，能夠進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉文峰.淺談民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].河南科技，2010，16：256.

[2]任和雄.多層框架民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見的問題[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，13：24