淺談民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

余文柏（中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400016）

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淺談民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

余文柏
（中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400016）

摘 要：隨著建筑的功能以及外觀造型逐漸增加，人們對(duì)建筑的個(gè)性化要求以及實(shí)用性要求也在不斷增多，尤其是民用建筑，所以在設(shè)計(jì)民用建筑工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)時(shí)，需考慮建筑結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性以及其抗震性能，使人們多方面的需求均得到滿足。本文主要分析了提升民用建筑工程項(xiàng)目多層框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。

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

1 前言

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的物質(zhì)需求已得到了基本的滿足，人們對(duì)建筑的功能以及造型需求變得越來(lái)越高，這使得建筑越來(lái)越多樣化，其復(fù)雜性越來(lái)越高。對(duì)于民用建筑來(lái)說(shuō)，人們更加關(guān)注其實(shí)用性以及個(gè)性，所以為了確保民用建筑項(xiàng)目質(zhì)量達(dá)到要求，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)民用建筑項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化處理設(shè)計(jì)，提升民用建筑的安全性、可靠性，使其更能滿足人們的日常生活需求。下面對(duì)增強(qiáng)民用建筑工程項(xiàng)目多層框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行詳細(xì)論述。

2 選取有效的設(shè)計(jì)參數(shù)，并做好抗震性能設(shè)計(jì)

一般在設(shè)計(jì)多層框架結(jié)構(gòu)時(shí)，需計(jì)算好建筑的抗震等級(jí)。對(duì)于民用建筑來(lái)說(shuō)，其抗震等級(jí)的確定是極為重要的。一般民用建筑的抗震等級(jí)需根據(jù)建筑類型、結(jié)構(gòu)類型、場(chǎng)地類別以及結(jié)構(gòu)高度等確定。根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》，民宅以及辦公樓等普通建筑歸屬于丙類建筑，因此需根據(jù)丙類建筑的要求開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；振型組合數(shù)。振型組合數(shù)和結(jié)構(gòu)層數(shù)之間存在正比關(guān)系，其同樣為民用建筑項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成參數(shù)。一般隨著建筑層數(shù)的逐漸增多，振型組合數(shù)會(huì)隨之增大，反之振型組合數(shù)會(huì)逐漸減少；科學(xué)制定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)周期折減系數(shù)。由于框架結(jié)構(gòu)的建筑需設(shè)置填充墻，這導(dǎo)致計(jì)算出的剛度要略小于實(shí)際剛度。另外由于計(jì)算周期一般會(huì)超過(guò)實(shí)際周期，若基于計(jì)算周期計(jì)算民用建筑的地震剪力大小，往往會(huì)導(dǎo)致民用建筑的抗震性能遠(yuǎn)小于預(yù)期。因此可通過(guò)降低民用建筑計(jì)算周期，來(lái)達(dá)到提升民用建筑項(xiàng)目建構(gòu)強(qiáng)度的目的，除此之外在計(jì)算過(guò)程中需科學(xué)計(jì)算，并注意比例；基礎(chǔ)拉梁。為了保證多層框架結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)質(zhì)量，需考慮到結(jié)構(gòu)的拉梁設(shè)計(jì)。一般基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)需結(jié)合建筑的實(shí)際情況確定。其中若建筑的埋設(shè)深度較深，可通過(guò)短柱的設(shè)置來(lái)提升建筑的抗震性，若埋設(shè)深度較淺，可根據(jù)建筑的主軸方向設(shè)置拉梁，拉梁截面需基于建筑深度以及實(shí)際情況確定。

另外在地震出現(xiàn)之后，整個(gè)多層框架結(jié)構(gòu)建筑的部分位置可能會(huì)出現(xiàn)損壞情況，所以為了保證多層框架結(jié)構(gòu)建筑的穩(wěn)定程度，一定要保證其抗震性能。一般來(lái)說(shuō)，除了要選擇有利于抗震的建筑場(chǎng)地，以及明確、簡(jiǎn)潔的框架傳力體系，均勻布置兩個(gè)方向的框架抗側(cè)力構(gòu)建之外，還需要以“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎”等概念設(shè)計(jì)原則，預(yù)判塑性鉸的大致位置。在框架結(jié)構(gòu)中，如果塑性鉸出現(xiàn)在柱中，則結(jié)構(gòu)屬于脆性破壞，結(jié)構(gòu)倒塌前，變形較小，抗震性能較弱。若出現(xiàn)在梁端，由于結(jié)構(gòu)在受到破壞之前本身存在一定的變形，可以吸收以及消耗大量地震能量，從而通過(guò)增加結(jié)構(gòu)的延性，減輕結(jié)構(gòu)破壞程度，使得結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能。另外通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)澆樓蓋框架，可能存在設(shè)計(jì)因素或者施工因素，造成了強(qiáng)梁弱柱，使得框架的破壞模式改變，由此可以得知強(qiáng)梁弱柱會(huì)導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的地震損壞。所以設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)。不要人為地加強(qiáng)梁端縱向配筋，從而導(dǎo)致強(qiáng)梁弱柱。在設(shè)計(jì)過(guò)程中適當(dāng)加強(qiáng)橫向抗側(cè)力構(gòu)建框架柱，有意識(shí)地針對(duì)個(gè)別框架柱加強(qiáng)，如角柱、樓梯間四周框架柱等。

3 科學(xué)調(diào)整民用建筑結(jié)構(gòu)的框架柱配筋

為了保證多層框架結(jié)構(gòu)的抗震性能，需科學(xué)調(diào)整框架結(jié)構(gòu)的框架柱配筋。這是由于框架柱結(jié)構(gòu)在受到地震作用時(shí)，其不同部分會(huì)受到不同的扭轉(zhuǎn)剪力，特別是角柱，角柱遭遇雙向地震作用，屬雙向偏心受力構(gòu)件且扭轉(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)內(nèi)力影響較大，受力復(fù)雜，再加上橫梁的約束相對(duì)來(lái)說(shuō)比較弱，導(dǎo)致框架柱的震害程度要高于內(nèi)柱。所以為了保證框架的抗震性能達(dá)到預(yù)期，需根據(jù)最不利的方向計(jì)算確定建筑的框架。其次還可以在計(jì)算好框架橫方向配筋值以及縱方向配筋值之后，選擇較大的配筋值，同時(shí)使用對(duì)稱配筋這一基本原則，保證框架柱的配筋。一般在進(jìn)行配筋計(jì)算工作時(shí)，需考慮以下情況：在地震的影響之下，抗震墻端柱、角柱以及邊柱極易出現(xiàn)偏心受拉，就此柱內(nèi)縱筋總截面需超過(guò)計(jì)算值的25%；另外框架柱的配筋需根據(jù)實(shí)際情況增大至計(jì)算值的1.2～1.6倍，一般中柱需要增大至計(jì)算值的1.2倍，邊柱要增大至1.3倍，角柱要增大至1.4倍；為了使箍筋更好地捆綁約束所澆筑的混凝土，框架柱的箍筋手段需設(shè)置為井字形復(fù)合箍或者是菱形；需使用焊接方式連接二級(jí)與三級(jí)框架結(jié)構(gòu)的底部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)以及底層柱底的縱筋，如果柱縱向鋼筋結(jié)構(gòu)的總配筋率大于3%，所使用的箍筋直徑需超過(guò)8mm；由于多層框架在進(jìn)行電算過(guò)程中，往往會(huì)忽略基礎(chǔ)存在的不均勻沉降問(wèn)題以及溫度應(yīng)力，所以如果地基土質(zhì)不均勻或者是軟弱土層較厚，與多層框架的垂直以及水平尺寸相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大時(shí)，需合理提升框架柱的配筋，同時(shí)于框架的縱向以及橫向建立基礎(chǔ)梁，需注意的是該處的配筋需根據(jù)框架梁加以規(guī)劃設(shè)計(jì)，同時(shí)根據(jù)規(guī)范要求規(guī)定建立箍筋加密區(qū)，不可根據(jù)構(gòu)造設(shè)置。

4 對(duì)框架梁裂縫寬度以及斜截面配筋進(jìn)行有效調(diào)整

民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要著重處理框梁的裂縫寬度大小，一般裂縫的寬度會(huì)受到兩方面因素的影響，也就是受力筋的直徑大小以及縱筋配筋率，與構(gòu)建所澆筑使用混凝土的強(qiáng)度等級(jí)影響，設(shè)計(jì)人員需要基于這兩種因素，適當(dāng)提升梁的配筋，同時(shí)合理地提升梁的橫截面尺寸大小。另外，在使用計(jì)算機(jī)方法開展結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)時(shí)，為了更好地計(jì)算內(nèi)力組合以及裂縫寬度，需分開輸入各個(gè)恒活載數(shù)值。為了更合理、科學(xué)地使用彎矩調(diào)幅，以保證電算結(jié)果的可靠性，可使用以下兩種措施，也就是在對(duì)梁端固定彎矩進(jìn)行調(diào)幅處理后，再合理分配力矩，也可以先以力矩分配方法為基礎(chǔ)，將梁端彎矩準(zhǔn)確計(jì)算出，再將結(jié)果和調(diào)幅的系數(shù)相乘，如此就能夠更為合理、有效地應(yīng)用彎矩調(diào)幅。

5 框架結(jié)構(gòu)類型一定要保持一致

在對(duì)建筑工程項(xiàng)目的多層框架結(jié)構(gòu)展開設(shè)計(jì)時(shí)，一定要確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)類型相同，避免框架結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)兩種或者是兩種以上的結(jié)構(gòu)類型，尤其是電梯間、樓梯或其他特殊房間不可使用磚墻結(jié)構(gòu)。這是由于框架結(jié)構(gòu)一般為柔性結(jié)構(gòu)，但是磚混結(jié)構(gòu)通常為剛性結(jié)構(gòu)，上述兩種結(jié)構(gòu)之間具有互不相融的特性，所以在對(duì)多層框架結(jié)構(gòu)加以確定時(shí)，一定要確保多層框架結(jié)構(gòu)變形的協(xié)調(diào)性，避免選擇混合結(jié)構(gòu)，從而提升建筑的安全程度。

6 做好基礎(chǔ)聯(lián)系梁的設(shè)計(jì)

由于部分建筑項(xiàng)目的基礎(chǔ)埋設(shè)相對(duì)較深，就此可通過(guò)基礎(chǔ)聯(lián)系梁的使用，達(dá)到縮短底層柱結(jié)構(gòu)計(jì)算長(zhǎng)度的目的。因?yàn)榇蟛糠纸ㄖ嬖谟锌拐鹪O(shè)計(jì)要求，就此需要基于兩個(gè)主軸的方向開展基礎(chǔ)聯(lián)系梁的設(shè)計(jì)作業(yè)，與此同時(shí)還應(yīng)當(dāng)使基礎(chǔ)聯(lián)系梁結(jié)構(gòu)的配筋符合梁的受力要求。通常基礎(chǔ)聯(lián)系梁結(jié)構(gòu)所具有的標(biāo)高需要與基礎(chǔ)頂端標(biāo)高相同，若是建筑結(jié)構(gòu)屬于獨(dú)立擴(kuò)展基礎(chǔ)形式，則需要通過(guò)混凝土材料密封好獨(dú)立基礎(chǔ)以及基礎(chǔ)聯(lián)系梁結(jié)構(gòu)之間所具有的縫隙，并做好基礎(chǔ)聯(lián)系梁結(jié)構(gòu)的澆筑施工。在對(duì)基礎(chǔ)聯(lián)系梁結(jié)構(gòu)展開設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)基礎(chǔ)聯(lián)系梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)用，使得柱底彎矩達(dá)到平衡，就此設(shè)計(jì)人員應(yīng)基于框架梁設(shè)計(jì)來(lái)確定基礎(chǔ)聯(lián)系梁結(jié)構(gòu)的配筋與其截面尺寸，并確保于框架柱中，基礎(chǔ)聯(lián)系梁結(jié)構(gòu)縱筋的加密程度以及錨固程度。

結(jié)語(yǔ)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身具有一定的復(fù)雜性以及多方面性，設(shè)計(jì)人員在對(duì)多層框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，需利用自身的豐富經(jīng)驗(yàn)，扎實(shí)的理論知識(shí)，本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，以及設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果確定民用建筑結(jié)構(gòu)體系，并對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題進(jìn)行合理地處理，使得民用建筑工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量達(dá)到建筑使用要求，以提升其安全性、可靠性。

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中圖分類號(hào)：TU31

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A