鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)探析

程一帆

（黃山市城市建筑勘察設(shè)計院　安徽　黃山　245000）

鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)探析

程一帆

（黃山市城市建筑勘察設(shè)計院安徽黃山245000）

隨著我國建筑行業(yè)的發(fā)展，鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為了我國建筑結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。其設(shè)計效果直接影響著建筑安全質(zhì)量，也影響著建筑使用功能和經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。本文根據(jù)鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程實例，綜合闡述了框架計算、基礎(chǔ)拉梁層等幾項要點(diǎn)中應(yīng)注意的幾個問題。

鋼筋混凝土；多層框架房屋；結(jié)構(gòu)設(shè)計；要點(diǎn)

1　引言

隨著我國現(xiàn)代化的推進(jìn)，建筑行業(yè)也取得了很大的發(fā)展。其中鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)，因其結(jié)構(gòu)靈活、傳力明確、抗震能力強(qiáng)以及整體性強(qiáng)等特點(diǎn)，在現(xiàn)代建筑中廣泛應(yīng)用。但由于我國鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)起步較晚，如果在設(shè)計時，不能進(jìn)行充分全面地考慮，則很容易出現(xiàn)問題。不利于建筑工程的正常開展，甚至對建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與安全造成威脅。因此我們要對鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)框架設(shè)計過程中的問題進(jìn)行分析，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量和安全。

2　框架計算簡圖不合理

框架計算簡圖是鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容。在對設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)充分考慮現(xiàn)場情況，依照具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計計算。在無地下室的鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)框架中，獨(dú)立結(jié)構(gòu)位置較深時，基礎(chǔ)梁位置一般設(shè)置在-0.05m左右。以某3層住宅樓為例，在鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)的框架簡圖設(shè)計計算中，建筑高3.3m，基礎(chǔ)高度0.8m，埋深4.0m，基礎(chǔ)拉梁深0.05m，室內(nèi)外高差0.45m，抗震烈度小于Ⅵ度，建筑場地為二類。該住宅樓框架簡圖計算中的首層層高H1= 3.15m；層2層高H2=3.35m；層3層高H3=3.3m；層4層高H4= 3.3m。得到層高數(shù)據(jù)后要對框架柱底層柱腳彎矩設(shè)計值進(jìn)行明確，在原設(shè)計值上乘以增大系數(shù)。

當(dāng)基礎(chǔ)埋深較淺時為了避免梁下部框架柱形成短柱，要將拉梁頂面標(biāo)高于基礎(chǔ)標(biāo)高保持一致。在數(shù)據(jù)選取過程中要在拉梁上部框架高度上加入一層層高，將其作為第一層標(biāo)準(zhǔn)層計算高度。除此之外，還要對框架簡圖截面進(jìn)行明確，依照框架數(shù)據(jù)構(gòu)建電算程序系統(tǒng)，對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行電算化處理，得到最終計算數(shù)據(jù)。

3　基礎(chǔ)拉梁層的計算模型不符合實際情況

在地梁層無鋼筋混凝土樓板地面，采用SATWE或者SATWE-8等程序在計算框架的整體過程中，地面層樓板應(yīng)采取0值為厚度單位，而并非直接定義全房間洞口。并對其彈性的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定義，采用總剛分析法對其整體進(jìn)行計算總結(jié)。在程序進(jìn)行分析過程中，如果依據(jù)假定剛性樓面自動進(jìn)行計算，則會與實際情況不符。梁加強(qiáng)平面結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1　梁加固平面結(jié)構(gòu)示意圖

4　獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計荷載取值不當(dāng)

鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)通常選取柱下獨(dú)立基礎(chǔ)方式。高度在25m范圍內(nèi)并且不超過8層的情況下，如果軟弱粘性土層不存在于主要地基持力層。通常情況下，一般民用框架房屋及與其基礎(chǔ)荷載相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房不需要驗算其基礎(chǔ)和地基的抗震承載力。但仍需對風(fēng)荷載的影響進(jìn)行充分考慮。所以在計算分析鋼筋混凝土多層框架房屋時，必須將風(fēng)荷載輸入，否則將會導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)計配筋較少以及尺寸較小問題出現(xiàn)，對上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)本向的質(zhì)量安全產(chǎn)生影響。

5　基礎(chǔ)拉梁設(shè)計問題

在進(jìn)行基礎(chǔ)梁設(shè)計時，應(yīng)對其基礎(chǔ)埋深數(shù)據(jù)進(jìn)行充分全面的考慮，使應(yīng)力和埋深設(shè)計保持一致，避免對拉梁穩(wěn)定性造成影響。設(shè)計時，如果基礎(chǔ)埋深值較大時要盡量選取短柱基礎(chǔ)方案，在其±0.000以下設(shè)置基礎(chǔ)拉梁位置。在保證符合構(gòu)造要求的情況下，對基礎(chǔ)拉梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，構(gòu)建梁加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，保證鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效性，具體結(jié)構(gòu)見圖1。常規(guī)設(shè)計中基礎(chǔ)拉梁截面中心距可以選取為柱中心距的1/20左右，高度可以選取為1/12～1/16左右，且保證滿足最小配筋率。適當(dāng)情況下還可以對配筋進(jìn)行疊加，依照結(jié)構(gòu)構(gòu)造及短柱標(biāo)高確定配筋疊加數(shù)據(jù)。

6　框架結(jié)構(gòu)問題

在傳統(tǒng)鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，設(shè)計人員常在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置樓電梯小井筒。這種設(shè)計在很大程度上影響了框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對鋼筋混凝土多層框架房屋安全質(zhì)量具有一定的影響。樓電梯小井筒可以造成框架結(jié)構(gòu)地震剪力下降，加大鋼筋混凝土多層框架房屋施工難度。在施工過程中，設(shè)計人員需要設(shè)置隔墻，適當(dāng)進(jìn)行開洞、隔縫等，容易造成框架結(jié)構(gòu)剛性受到影響。因此在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時要避免設(shè)置樓電梯小井筒，通過鋼筋結(jié)構(gòu)代替小井筒。依照框架抗震等級及抗震要求確定框架配筋，構(gòu)建對應(yīng)框架結(jié)構(gòu)。在框架鋼筋結(jié)構(gòu)中的樓電梯及水箱間進(jìn)行設(shè)置時要對其框架承重進(jìn)行全面分析，依照墻體承重指標(biāo)確定該部分結(jié)構(gòu)框架承重系數(shù)。

7　結(jié)構(gòu)計算中幾個重要參數(shù)的合理選取

所有的計算機(jī)計算結(jié)果，應(yīng)經(jīng)分析判斷確認(rèn)其合理、有效后方可用于工程設(shè)計。通常情況下，計算機(jī)的計算結(jié)果具體與樓層側(cè)向剛度比和地震剪力系數(shù)、結(jié)構(gòu)的自振周期、質(zhì)量和振型參系數(shù)、梁、柱、墻和板的配筋和墻柱的軸壓、框架抗震墻結(jié)構(gòu)抗震墻承受的地震傾覆力矩、柱底部截面和底層墻的內(nèi)力設(shè)計值、超筋超限信息以及總地震傾覆力矩的比值等。應(yīng)依據(jù)在施工圖設(shè)計過程中的實際工程狀況，并結(jié)合空間設(shè)計程SATWE和有限元為例進(jìn)行計算，科學(xué)合理的對參數(shù)進(jìn)行選擇。

7.1梁、柱箍筋間距選取

鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中梁、柱箍筋間距要與《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中的規(guī)范間距一致。一般設(shè)計中，梁、柱箍筋加密區(qū)間距可以為100mm左右，非加密區(qū)間距可以為200mm左右。在計算過程中設(shè)計人員要依照梁、柱箍筋體系及梁、柱結(jié)構(gòu)狀況對系統(tǒng)進(jìn)行明確，對數(shù)據(jù)進(jìn)行電算化計算，確定柱箍筋、梁的數(shù)目和直徑。加密區(qū)梁、柱箍筋直徑與非加密區(qū)相比，相對要較高，并保證其最小構(gòu)造配筋要求。梁體中心箍筋應(yīng)結(jié)合鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)的抗扭和抗剪需求，并適當(dāng)調(diào)整其密度。

7.2地震力的振型組合數(shù)

高層建筑中，在進(jìn)行計算考扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)過程中，假設(shè)不能全面充分的考慮地震力的振型組合數(shù)的情況時，振型組合數(shù)數(shù)值做少要取到3；如果房屋的層數(shù)小于2時，振型數(shù)直接取層數(shù)。如果振型數(shù)大于3，振型組合數(shù)最好小于層數(shù)且取3的倍數(shù)；假設(shè)結(jié)構(gòu)剛度較大或?qū)訑?shù)較多時，應(yīng)直接取振型數(shù)。當(dāng)出現(xiàn)多塔結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)有轉(zhuǎn)換層以及頂部有小塔樓時，振型數(shù)取值應(yīng)大于12，但與房屋層數(shù)相比，不能多于3倍；當(dāng)結(jié)構(gòu)存在不規(guī)則情況時，應(yīng)結(jié)合扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)進(jìn)行全面考慮，振型數(shù)的取值最好大于9；依照相關(guān)規(guī)定，可按照振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量（即有效質(zhì)量系數(shù)）的90%以上，確定所需的振型數(shù)。選取正確的振型個數(shù)具體可采SATWE等程序進(jìn)行參與質(zhì)量的比值進(jìn)行輸入。

7.3地下室層數(shù)的輸入處理

地下室大多也設(shè)置于鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)中。因為其隔墻較少，一般多選用筏板式作為基礎(chǔ)。在地下室參數(shù)電算過程中，應(yīng)同時輸入上部結(jié)構(gòu)和地下室層數(shù)，并依據(jù)實際地下室層數(shù)在總信息進(jìn)行填寫。此外進(jìn)行抗震計算過程中，框架底層柱底截面的彎矩設(shè)計值，計算程序會自動對乘，從而使系數(shù)增大。并且比較分析對每層的側(cè)移剛度，以便可對房屋的嵌固位置進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，并作出調(diào)增，通過有針對性的抗震構(gòu)造措施，從而對樓板的最小配筋率及厚度進(jìn)行保障等；當(dāng)出現(xiàn)豎向不規(guī)側(cè)的結(jié)構(gòu)時，不單要對薄弱層進(jìn)行驗算，還需使其地震剪力，與1.15的增大系數(shù)相乘。在結(jié)構(gòu)總體計算過程中，如果實際輸入的層數(shù)多于填寫在總信息中層數(shù)，則會使彎矩設(shè)計值的增大系數(shù)乘錯位置。

7.4結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)

因為存在填充墻，抗震墻及框架結(jié)構(gòu)的實際剛度，計算周期與計算剛度比實際相比，相對較大。所以，地震剪力的計算結(jié)果也就相對偏小，致使結(jié)構(gòu)存在安全隱患。所以有必要對在結(jié)構(gòu)中折減計算周期，但要對計算周期的折減系數(shù)進(jìn)行適當(dāng)控制，不能過大。進(jìn)行砌體填充墻時如果全部采用輕質(zhì)墻體板材進(jìn)行填充時，折減系數(shù)應(yīng)為0.9。假設(shè)只采用純框架，無墻，可以不折減計算的周期。砌體填充墻選用輕質(zhì)砌塊或較少的情況使，數(shù)值選取可在0.7～0.8左右；并且周期折減系數(shù)的選取范圍應(yīng)在0.6～0.7的范圍內(nèi)。

8　結(jié)束語

鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為了我國建筑結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。其設(shè)計效果直接影響著建筑安全質(zhì)量，也影響著建筑使用功能和經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。但由于鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展時間較短，設(shè)計內(nèi)容還不完善，框架結(jié)構(gòu)中還存在一些問題，這在很大程度上限制了我國多層框架房屋結(jié)構(gòu)的發(fā)展。從設(shè)計核心問題著手提升結(jié)構(gòu)設(shè)計效果，加大結(jié)構(gòu)設(shè)計分析力度已經(jīng)成為鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計研究工作中的重中之重。

[1]陳嘉俊.論多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的幾個要點(diǎn)[J].四川建材，2007（2）.

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TU375.4

A

1673-0038（2015）41-0096-02

2015-9-28

程一帆（1985-），男，助理工程師，本科，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。