多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性問(wèn)題簡(jiǎn)析

李敬

【摘要】本文針對(duì)目前我國(guó)多層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差、抗震性能低的實(shí)際，對(duì)其中一些常見(jiàn)卻又常被忽視的問(wèn)題進(jìn)行了剖析，并提出了可操作性的解決措施，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】多層建筑；結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定性

居民的住房安全問(wèn)題一直是建筑界普遍關(guān)注的問(wèn)題。我國(guó)大多數(shù)城鎮(zhèn)居民目前均已多層住宅為主，解決好多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性問(wèn)題，解決好居民住房的安全性問(wèn)題，才能給經(jīng)濟(jì)和民生的發(fā)展提供良好的保證。本文主要從三個(gè)方面出發(fā)，對(duì)多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題進(jìn)行較為詳盡的分析，并提出應(yīng)對(duì)措施。

在我國(guó)多層建筑中應(yīng)用最廣泛的是磚混結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于其工期短且造價(jià)低廉，磚混結(jié)構(gòu)的多層建筑在節(jié)省成本的同時(shí)，也存在著許多安全隱患，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性相對(duì)較弱。因?yàn)榇u混結(jié)構(gòu)房屋的材料和不同組件之間的連接非常脆弱，砌體結(jié)構(gòu)的抗震能力非常有限。因此，在進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)，有必要改善砌體結(jié)構(gòu)的延展性，提高房屋的抗震能力。

1、多層建筑結(jié)構(gòu)的概述

想要了解多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容，首先對(duì)于多層建筑要有一個(gè)明確的認(rèn)識(shí)。多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中較為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中較為重要的一種形式。在設(shè)計(jì)時(shí)，如何處理各種不同的問(wèn)題值得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不斷探討和研究。實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)范作科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，筆者就多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)常遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析并探討具體解決措施。

目前我們所居住的房屋，按照其高度的不同基本上可以分為以下四種類(lèi)型：低層（1～3層）、多層（4～6層）、中高層（7～9層）、高層（l0層以上）四類(lèi)。

改革開(kāi)放以前，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)條件的限制，我們居住的房屋大都是低層建筑。從80年代開(kāi)始至今，是我國(guó)多層房屋建筑在設(shè)計(jì)使用及施工建筑等各方面得到迅速發(fā)展的階段，各中等城市以及廣大農(nóng)村都普遍興起建造以框架結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、加筋砌體等多層建筑。

按照我們正常的歸類(lèi)，通常我們所說(shuō)的多層建筑為4～6層高的住宅。借助公共樓梯解決垂直交通，其優(yōu)點(diǎn)在于：

①多層建筑比低層住宅占地少，比高層住宅建設(shè)工期短，一般開(kāi)工一年內(nèi)即可竣工；

②多層建筑想對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)公攤面積少，無(wú)需像高層住宅需要增加公共走道、電梯、高壓水泵等方面的投資，物業(yè)費(fèi)也較低，整體的性能價(jià)格比高；

③多層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成熟，建材可就地大量工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化地生產(chǎn)。因此，多層住宅造價(jià)較低，售價(jià)適中，易于被普通消費(fèi)者接受。

2、設(shè)計(jì)失誤對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響

2.1.多層建筑的基礎(chǔ)

為什么多層建筑頻頻在地震中發(fā)生慘劇，這與多層建筑開(kāi)發(fā)施工的不規(guī)范性有很大的關(guān)系。多層房屋建筑無(wú)地質(zhì)詳勘報(bào)告，僅僅依據(jù)建設(shè)單位口頭或籠統(tǒng)參照附近建筑物的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料就進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)；采用換土墊層進(jìn)行軟弱地基處理，不進(jìn)行換土墊層設(shè)計(jì)，只憑經(jīng)驗(yàn)處置，沒(méi)有進(jìn)行墊層寬度和厚度計(jì)算，既不安全，又不經(jīng)濟(jì)。

2.2.多層建筑的磚混結(jié)構(gòu)房屋中構(gòu)造柱兼作承重柱用

大多數(shù)的多層建筑都采用磚混結(jié)構(gòu)，而磚混結(jié)構(gòu)的房屋中的構(gòu)造柱有著自己的獨(dú)特之處。在磚混結(jié)構(gòu)中，構(gòu)造柱不但能夠提高墻體的坑剪能力，而且構(gòu)造柱與圈梁聯(lián)結(jié)在一起，形成對(duì)砌體的約束，這對(duì)于限制墻體裂縫的開(kāi)展，維持豎向承載力，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能有著重要的作用。

但是為什么在實(shí)際情況中，這些構(gòu)造柱并沒(méi)有發(fā)揮其抗震的效果呢？研究表明，在當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，構(gòu)造柱經(jīng)常被作為承重柱使用，這種做法使得構(gòu)造柱提前受力，柱底基礎(chǔ)的抗沖切、抗彎曲及局部承壓強(qiáng)度必然不能滿(mǎn)足要求，降低了構(gòu)造柱的拉結(jié)和約束作用，一旦遭遇地震，構(gòu)造柱位置因應(yīng)力集中首先破壞。

2.3.多層建筑在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，只注意橫向框架而忽視縱向框架

多層建筑的構(gòu)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，也是影響房屋穩(wěn)定性的重要原因?，F(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求水平地震作用應(yīng)按兩個(gè)主軸方向分別計(jì)算，縱向框架與橫向框架同等重要。一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者對(duì)于非抗震設(shè)計(jì)，沒(méi)有考慮地震的縱向作用，在實(shí)際設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)梁的支座負(fù)筋，跨中縱筋及箍筋的配筋置均不足的現(xiàn)象。

2.4.多層建筑的懸挑梁的梁高選用過(guò)小

多層建筑的懸挑梁選用的不合理，也會(huì)破壞房屋的穩(wěn)定性的影響因素之一。設(shè)計(jì)者往往只注意了對(duì)梁的強(qiáng)度和傾覆進(jìn)行驗(yàn)算，而忽略了對(duì)梁撓度的驗(yàn)算。梁高選用過(guò)小，引起梁截面的受壓區(qū)應(yīng)力過(guò)高，梁的延性減小，在豎向地震作用下易發(fā)生脆性破壞，失去承載力。

2.5.多層建筑的連續(xù)梁按單梁進(jìn)行設(shè)計(jì)

邊梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同樣是影響多層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素。這種情況多發(fā)在陽(yáng)臺(tái)邊梁的設(shè)計(jì)中。由于邊梁上的荷重一般較小，沒(méi)有引起設(shè)計(jì)者的重視，為圖受力分析方便，設(shè)計(jì)者把實(shí)際應(yīng)為連續(xù)梁的邊梁按簡(jiǎn)支梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，致使邊梁在支座處上部負(fù)筋配置量過(guò)少，加載后梁支座上部受拉區(qū)出現(xiàn)豎向裂縫，引起梁上的攔板出現(xiàn)豎向裂縫。

3、抗震設(shè)計(jì)對(duì)穩(wěn)定性的影響

3.1.抗震措施

多層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，其穩(wěn)定性是否靜的起考驗(yàn)，在地震這樣的自然災(zāi)害面前，就會(huì)表現(xiàn)的一清二楚。因此，房屋機(jī)構(gòu)的抗震性一定不能忽略。當(dāng)前，在抗震設(shè)計(jì)中，從概念設(shè)計(jì)、抗震驗(yàn)算及構(gòu)造措施等三方面入手，在將抗震與消震（結(jié)構(gòu)延性）結(jié)合的基礎(chǔ)上，建立設(shè)計(jì)地震力與結(jié)構(gòu)延性要求相互影響的雙重設(shè)計(jì)指標(biāo)和方法，直至進(jìn)一步通過(guò)一些結(jié)構(gòu)措施（隔震措施，消能減震措施）來(lái)減震，即減小結(jié)構(gòu)上的地震作用使得建筑在地震中有良好而經(jīng)濟(jì)的抗震性能是當(dāng)代抗震設(shè)計(jì)規(guī)范發(fā)展的方向。而且，強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎和強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件在提高結(jié)構(gòu)延性方面的作用己得到普遍的認(rèn)可。

3.2.我國(guó)多層建筑的抗震設(shè)計(jì)理念

在我國(guó)，對(duì)于多層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著明確的規(guī)范，必須按照抗震設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行施工?！督ㄖ拐鹨?guī)范》（GB50011-2001）對(duì)建筑的抗震設(shè)防提出“三水準(zhǔn)、兩階段”的要求?！叭疁?zhǔn)”即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。對(duì)建筑抗震的三個(gè)水準(zhǔn)設(shè)防要求，是通過(guò)“兩階段”設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

第一階段：第一步首先應(yīng)該采用與第一水準(zhǔn)烈度相應(yīng)的地震動(dòng)參數(shù)，先計(jì)算出結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用效應(yīng)，與風(fēng)、重力荷載效應(yīng)組合，并引入承載力抗震調(diào)整系數(shù)，進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計(jì)，從而滿(mǎn)足第一水準(zhǔn)的強(qiáng)度要求；第二步是采用同一地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算出結(jié)構(gòu)的層間位移角，使其不超過(guò)抗震規(guī)范所規(guī)定的限值；同時(shí)采用相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能，從而自動(dòng)滿(mǎn)足第二水準(zhǔn)的變形要求。

第二階段：前兩步完成之后，采用與第三水準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)的地震動(dòng)參數(shù)，計(jì)算出結(jié)構(gòu)（特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié)）的彈塑性層間位移角，使之小于抗震規(guī)范的限值，并采用必要的抗震構(gòu)造措施，從而滿(mǎn)足第三水準(zhǔn)的防倒塌要求。

居住是人類(lèi)生活四大要素之一，人生的2/3時(shí)間在住宅及其周?chē)沫h(huán)境中度過(guò)。據(jù)聯(lián)合國(guó)統(tǒng)計(jì)，

4、總 結(jié)

住房是關(guān)乎人們?nèi)粘Ｉ畹闹刂兄?，房屋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性不能得到良好的解決，就會(huì)讓人們陷入恐慌之中。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，一個(gè)國(guó)家正常的住宅建設(shè)指標(biāo)為：每年住宅建設(shè)投資一般占基本建設(shè)總投資的30%～50%，約占國(guó)民生產(chǎn)總值（GNP）的5%，住宅的建設(shè)量占國(guó)家工程建設(shè)量的50%～60%，可見(jiàn)住宅建設(shè)在社會(huì)發(fā)展中的地位。而多層建筑這一居民住房的主力軍，其穩(wěn)定性更是應(yīng)該得到人們的重視。

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