框架結(jié)構(gòu)多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的處理措施分析

朱朝勇

【摘要】多層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，常常采用框架結(jié)構(gòu)體系。本文結(jié)合筆者多年來的結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐，參考相關(guān)設(shè)計規(guī)范規(guī)程，分析了結(jié)構(gòu)設(shè)計中框架結(jié)構(gòu)的幾個常見問題，提出相應(yīng)措施。

【關(guān)鍵詞】多層建筑；框架結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以給建筑設(shè)計一個靈活的平面設(shè)計，而且使用空間大，延性較好，比較容易滿足建筑設(shè)計對房間布置的要求，同時框架結(jié)構(gòu)自重較輕。因此框架結(jié)構(gòu)形式是目前應(yīng)用最為廣泛的建筑結(jié)構(gòu)形式之一，住宅小區(qū)、辦公樓、教學(xué)樓以及商業(yè)建筑中經(jīng)?？吹酱祟惤ㄖY(jié)構(gòu)體系。

框架結(jié)構(gòu)設(shè)計原則是剛?cè)岵慕Y(jié)構(gòu)體系，多道抗震防線，“強柱弱梁”、“強剪弱彎，強節(jié)點強錨固。在進行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，要求設(shè)計師把握好結(jié)構(gòu)方案，并且要求滿足承載力、變形、裂縫、撓度等是結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的基本設(shè)計原則。

雖然框架結(jié)構(gòu)形式相對簡單，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中依然有較多的問題，而且建筑設(shè)計對建筑造型以及建筑功能的要求都越來越高，框架結(jié)構(gòu)在近年來的強震中很多倒塌或者存在較大程度的損毀，證明現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計中依然存在較多問題。

1、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中注意的一些問題

1.1模擬施工次序的問題

目前在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計計算中，施工模擬3是常采用的施工模擬方法，它采用的是分層加載以及分層剛度的模型，假定每個樓層加載的時候，下部樓層已施工完成，并且該層加載時下部無變形，下面各層的受力變形不會影響到本層及上部各層，該層的受力和位移變形主要由本層及其以上各層的受力和剛度來決定。優(yōu)點是避開了一次加載常見的梁受力異常的現(xiàn)象，它的問題是難于應(yīng)對一些復(fù)雜的施工情況。首先是帶轉(zhuǎn)換層的框架結(jié)構(gòu)，一般的實際施工情況是轉(zhuǎn)換層和它上面的2層共同作為一個施工次序來施工，而采用施工模擬荷載3造成了轉(zhuǎn)換梁的受力計算的不正確，造成轉(zhuǎn)換梁的彎矩和剪力比實際情況大。然后是出現(xiàn)抽柱和懸挑的樓層，實際中往往是將該層與它下面緊鄰樓層一起施工，施工模擬荷載3同樣不能做到這樣的設(shè)定，造成懸挑梁計算不正確。

1.2基礎(chǔ)底面積的確定問題

框架結(jié)構(gòu)多采用獨立基礎(chǔ)，在確定基礎(chǔ)底面積的時候，一些設(shè)計人員采用satwe計算書中“底層墻柱最大組合內(nèi)力”進行設(shè)計，這樣的設(shè)計方法對于柱下獨立基礎(chǔ)而言，即使是采用最大組合內(nèi)力計算，依然是偏于不安全的。影響?yīng)毩⒒A(chǔ)底面積大小的主要因素為軸力和彎矩。在各種內(nèi)力組合中，某種內(nèi)力很大時，其他內(nèi)力可能很小，如最大軸力對應(yīng)彎矩和剪力有可能偏小，由這種組合并不一定是最不利組合，而較小軸力所對應(yīng)的彎矩和剪力有可能很大，這樣的組合有可能是最不利組合。而對于柱下聯(lián)合基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)等整體性基礎(chǔ)，其計算結(jié)果也不合理。

1.3底層柱計算長度的確定

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[1]規(guī)定：一般多層房屋底層柱的計算長度中H取基礎(chǔ)頂面到一層樓蓋頂面的高度。當(dāng)基礎(chǔ)埋置較深時，一般在正負零標(biāo)高附近設(shè)置基礎(chǔ)連系梁，以增加建筑底部結(jié)構(gòu)的整體性，減小結(jié)構(gòu)的水平位移。將基礎(chǔ)連系梁以下的部分看作底層，此時的H值取基礎(chǔ)頂面至連系梁頂面的高度，而把實際建筑的底層作為第二層考慮，層高H取連系梁頂層至一層樓面高度，這在框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計中經(jīng)常被忽略。

1.4框架填充墻設(shè)置的問題

填充墻的豎向以及平面布置均是框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計中的需要特別注意的地方，填充墻設(shè)置不當(dāng)引起的震害事故，在地震中有不少的案例記錄。某些房屋為滿足底部功能需要大空間，使上部填充墻多于下部填充墻，形成上柔下剛的結(jié)構(gòu)體系，在地震中破壞嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)下部完全破壞上部完好的情況；某些房屋填充墻偏置于房屋的一側(cè)或者一側(cè)過多，另一側(cè)過少，結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及剛度重心偏置，造成地震作用時出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，引起框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力的增加；框架柱子之間嵌砌的整開間的窗臺填充墻，實際上會減少柱子的凈高，有可能使框架柱形成短柱，而在地震中，上部短柱形成剪切裂縫，填充墻可能吸收部分地震能量，使兩端框架柱的受力更大。而在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，這些情況往往都會忽略，造成框架結(jié)構(gòu)在地震中的破壞。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中如果忽略填充墻參與抗震作用，僅僅只考慮框架梁柱的剛度，就會造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震作用下承受的作用力大于計算，降低了結(jié)構(gòu)的安全度。當(dāng)按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定，考慮填充墻的數(shù)量確定結(jié)構(gòu)的周期折減系數(shù)，放大地震作用，可以消除此項隱患，但是，框架部分卻承擔(dān)了全部的地震作用，不考慮填充墻的抗側(cè)剛度，這樣也會降低整個結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)。

2、相應(yīng)措施探討

本文提出以上問題均是在近年來框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中經(jīng)常會遇到的一些問題，對于模擬施工荷載的問題，應(yīng)采用可以讓用戶自定義施工順序的軟件對結(jié)構(gòu)進行復(fù)核，正確計算轉(zhuǎn)換層轉(zhuǎn)換梁的實際受力情況，正確計算懸挑樓層懸挑梁的實際受力情況；對于基礎(chǔ)底面積的確定問題，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時盡量采用JCCAD讀取SATWE的荷載對基礎(chǔ)進行設(shè)計，程序可以自動根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定組合內(nèi)力進行基礎(chǔ)相關(guān)計算。若不采用此方法，宜采用首層內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值中輸出的各個荷載（重力荷載、風(fēng)荷載、地震作用）分別下的作用力標(biāo)準(zhǔn)值，再按規(guī)范的內(nèi)力組合原則，對框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)進行手工計算；對于框架底層柱計算長度的確定問題，應(yīng)當(dāng)分帶基礎(chǔ)連系梁和不帶基礎(chǔ)連系梁模型，分別對結(jié)構(gòu)進行計算并包絡(luò)設(shè)計；而框架結(jié)構(gòu)填充墻的設(shè)置，應(yīng)該做到平面和豎向布置要做到均勻和對稱，避免出現(xiàn)抗側(cè)剛度偏心導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)，同時采取措施減少上下層的剛度差異，同時對設(shè)置窗間墻造成框架結(jié)構(gòu)短柱注意加強抗震構(gòu)造措施，同時，填充墻盡量采用輕質(zhì)隔墻，以減少結(jié)構(gòu)的地震作用。

結(jié)語：

框架結(jié)構(gòu)設(shè)計是目前應(yīng)用最為廣泛的建筑結(jié)構(gòu)形式之一，雖然形式相對簡單，但是在結(jié)構(gòu)設(shè)計中依然有較多的問題，本文提出了一些近年來筆者在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到的一些新問題，并提出處理措施建議。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展需要，建筑造型和建筑功能對結(jié)構(gòu)要求的進一步提高，結(jié)構(gòu)難題也越來越多，這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計人員不僅要求有良好的結(jié)構(gòu)概念，同時要有大膽，靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，才能設(shè)計出即安全又出色的建筑。

參考文獻：

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[3]黃靚，施楚賢，熊輝.帶砌體填充墻結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性質(zhì)疑[J].建筑結(jié)構(gòu)。2005，35（3）：57—65.