鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題

張亮

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的快速健康發(fā)展，建筑業(yè)發(fā)展水平也越來越高。鋼筋混凝土多層框架結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用較廣泛的建筑結(jié)構(gòu)形式之一，它是由梁、柱、樓板和基礎(chǔ)組成的承重結(jié)構(gòu)體系，其柱網(wǎng)布置的靈活性使得該類建筑可以提供寬闊的空間及較高的空間利用率，在一些寫字樓、住宅小區(qū)及商業(yè)建筑中應(yīng)用非常廣泛。但是該結(jié)構(gòu)體系設(shè)計中也存在著一些問題，需要解決和重視，本文從框架結(jié)構(gòu)設(shè)計、多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計計算參數(shù)的選取，例如抗震等級、地震力振型組合數(shù)、結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)以及框架梁、柱箍筋間距的選取，還有在多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行了總結(jié)和分析，為設(shè)計工作者提供一些幫助和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；多層框架結(jié)構(gòu)；設(shè)計問題

1 前言

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是當(dāng)今建筑普遍采用的一種結(jié)構(gòu)形式。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)相比較，具有承載力大、結(jié)構(gòu)自重輕、抗震性能好、建造的工業(yè)化程度高等優(yōu)點。與鋼結(jié)構(gòu)相比，具有造價低、材料來源廣泛、耐火性好、結(jié)構(gòu)剛度大、使用維修費用低等優(yōu)點。

2 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

框架結(jié)構(gòu)體系是指通過節(jié)點連接的由梁和柱組成的一個整體，同時抵抗作用在整個結(jié)構(gòu)上的水平向和豎向的載荷?？蚣芙Y(jié)構(gòu)則是指通過連接梁將若干個平面的框架連接起來形成的空間結(jié)構(gòu)體系，按照平面框架的布置方向即基本承重結(jié)構(gòu)的布置方向，將框架體系分為：

①橫向框架承重方案，在這種方案中，主要承重框架沿房屋的橫向布置，板和連系梁沿房屋的縱向設(shè)置。②縱向框架承重方案，在這種方案中，主要承重框架沿房屋的縱向布置，板和連系梁沿房屋的橫向設(shè)置。③縱橫向框架混合承重方案，在這種方案中，主要承重框架沿房屋的縱、橫向布置。

框架結(jié)構(gòu)按照材料的不同可分為兩種類型，R.C框架和全鋼框架。R.C框架又可按照施工方法的不同分為：現(xiàn)澆整體式框架（全現(xiàn)澆框架）、半現(xiàn)澆式框架、裝配式框架以及裝配整體式框架四種類型?，F(xiàn)澆整體式框架即全現(xiàn)澆框架，優(yōu)點是整體性較好，建筑布置靈活性能高，有利于抗震，缺點就是工程量大，模板耗費多，工期長。裝配式框架的構(gòu)件全部是預(yù)制的，在施工現(xiàn)場進(jìn)行吊裝和連接，優(yōu)點是節(jié)約模板，縮短工期，有利于施工機械化。裝配整體式框架是將預(yù)制梁、柱和板現(xiàn)場安裝就位后，在構(gòu)件連接處澆搗混凝土，使之形成整體，其優(yōu)點就是，省去了預(yù)埋件，減少了用鋼量，整體性要比裝配式提高，缺點就是節(jié)點施工復(fù)雜。框架結(jié)構(gòu)布置包括總體高寬比，柱網(wǎng)布置、承重框架布置、層高設(shè)置變形縫的設(shè)置以及主次梁布置等。

3 框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點

框架結(jié)構(gòu)體系是由橫梁與柱子連接而成.梁柱連接處（稱為節(jié)點）一般為剛性連接，有時為便于施工和其他構(gòu)造要求，也可以將部分節(jié)點做成鉸接或者半鉸接.柱支座一般為固定支座，必要時也可以設(shè)計成鉸支座.框架結(jié)構(gòu)可以分為現(xiàn)澆整體式，裝配式，現(xiàn)澆裝配式。

框架結(jié)構(gòu)的布置靈活，容易滿足建筑功能和生工藝的多種要求。同時，經(jīng)過合理設(shè)計，框架結(jié)構(gòu)可以具有較好的延性和抗震性能。但是，框架結(jié)構(gòu)承受水平力（如風(fēng)荷載和水平地震作用）的能力較小。當(dāng)層數(shù)較多或水平力較大時，水平位移較大，在強烈地震作用下往往由于變形過大而引起非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如填充墻）的破壞。因此，為了滿足承載力和側(cè)向剛度的要求，柱子的截面往往較大，既耗費建筑材料，又減少使用面積。這就使框架結(jié)構(gòu)的建筑高度受到一定的限制。目前，框架結(jié)構(gòu)一般用于多層建筑和不考慮抗震設(shè)防，層數(shù)較少的的高層建筑（比如，層數(shù)為10層或高度為30米以下）。

4 多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)計算中應(yīng)注意的問題

4.1 獨立基礎(chǔ)設(shè)計的荷載取值

鋼筋混凝土多層框架房屋的基礎(chǔ)形式多采用的是柱下獨立基礎(chǔ)。在基礎(chǔ)設(shè)計中，合理地選取荷載設(shè)計值，是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。實際工作中，常會出現(xiàn)2種情況：①依據(jù)GB50011-2001《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第4.2.1條指出的“當(dāng)?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)不存在軟弱粘性土層時，不超過8層且高度在25m以下的一般民用框架房屋或基礎(chǔ)荷載相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房，可不必進(jìn)行天然地基和基礎(chǔ)的抗震承載力驗算”的要求，忽略風(fēng)荷載的影響；②在設(shè)計獨立基礎(chǔ)時，作用在基礎(chǔ)頂面上的外荷載（柱腳內(nèi)力設(shè)計值）只取軸力設(shè)計值、彎矩設(shè)計值而無剪力設(shè)計值，甚或只取軸力設(shè)計值。工程設(shè)計實踐證明，這2種情況的設(shè)計結(jié)果都會導(dǎo)致基礎(chǔ)尺寸偏小、配筋偏少。如果在涉及混凝土多層框架房屋的整體計算分析中輸入風(fēng)荷載，讓軸力設(shè)計值、彎矩設(shè)計值和剪力設(shè)計值共同作用于柱腳，基礎(chǔ)本身及其上部結(jié)構(gòu)的安全就更為可靠。

4.2 基礎(chǔ)拉梁層計算模型的選定

用TAT或SATWE等電算程序進(jìn)行框架整體計算時，對于基礎(chǔ)拉梁層無樓板的情況下，樓板厚度應(yīng)取0，并定義彈性節(jié)點，用總綱分析方法進(jìn)行分析計算。當(dāng)房屋平面不規(guī)則時，雖然樓板厚度取0，也定義彈性節(jié)點但未采用總綱分析，程序分析時卻自動按剛性樓面假定進(jìn)行計算，這與實際情況不符，設(shè)計過程中要特別注意這一點。

4.3 結(jié)構(gòu)的抗震等級

在工程設(shè)計中，多數(shù)房屋建筑按其抗震設(shè)防分類屬于丙類建筑，如民用住宅、辦公樓及一般工業(yè)建筑等等，其抗震等級可根據(jù)烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋的高度按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》表6.1.2確定。對于電訊、交通、能源、消防和醫(yī)療等類建筑以及大型體育場館、大型零售商場等公共建筑，可首先根據(jù)GB50223-2004《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》確定其中哪些建筑屬于乙類建筑（可能還有甲類建筑，本文不涉及）。若為丙類建筑，其地震作用均按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度計算；若為乙類建筑，一般情況下，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為Ⅵ～Ⅷ度時，抗震措施應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高I度的要求。例如，位于Ⅷ度地震區(qū)（如北京）的乙類建筑，應(yīng)按Ⅸ度由《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》表6.1.2確定其抗震等級為一級；當(dāng)Ⅷ度乙類建筑的高度超過表6.1.2規(guī)定的范圍時，還應(yīng)經(jīng)專門研究，采取比一級抗震等級更有效的抗震措施。

4.4 地震力的振型組合數(shù)

地震力的振型組合數(shù)，對高層建筑，當(dāng)不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算時，至少要取3；當(dāng)振型數(shù)多于3時，宜取3的倍數(shù)，但不應(yīng)多于層數(shù)；當(dāng)房屋層數(shù)≤2時，振型數(shù)可取層數(shù)。對于不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，當(dāng)考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時，對高層建筑，振型數(shù)應(yīng)取>19：結(jié)構(gòu)層數(shù)較多或結(jié)構(gòu)剛度突變較大，振型數(shù)應(yīng)多取。如結(jié)構(gòu)有轉(zhuǎn)換層、頂部有小塔樓、多塔結(jié)構(gòu)等，振型數(shù)應(yīng)取l2或更多，但不能多于房屋層數(shù)的3倍；只有當(dāng)定義彈性樓板，且采用總剛分析，必要時振型數(shù)才可以取得較少。《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》指出，合適的振型個數(shù)一般可以取振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量的90%所需的振型數(shù)。SATWE等電算程序已有這種功能，可以很方便地輸出這種參與質(zhì)量的比值。有些設(shè)計人員不大重視電算程序使用手冊的應(yīng)用，選取振型數(shù)時比較隨意，這是應(yīng)當(dāng)改進(jìn)的。此外，對于耦聯(lián)計算，可在必要時補充非耦聯(lián)計算。

5 結(jié)束語

在開展鋼筋混凝土多層框架結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計時，工作人員要嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)范要求，結(jié)合工程實際，對多層框架結(jié)構(gòu)中的板、柱、梁以及結(jié)構(gòu)體系中的關(guān)鍵給予關(guān)注和重視，對有可能出現(xiàn)的問題和現(xiàn)象，提前采用應(yīng)對措施予以解決，并對計算結(jié)果進(jìn)行判斷、分析，經(jīng)過驗算、確認(rèn)無誤后再投入工程施工。

參考文獻(xiàn)：

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