多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中框架結(jié)構(gòu)的問題分析與處理

李樂

（山西中方森特建筑工程設(shè)計(jì)研究院，山西太原030000）

21世紀(jì)現(xiàn)代社會(huì)正處于快速發(fā)展時(shí)期，無論是從國(guó)外的發(fā)展環(huán)境還是從國(guó)內(nèi)的發(fā)展環(huán)境來看，這都是一個(gè)發(fā)展時(shí)期，要抓住時(shí)代賦予的機(jī)會(huì)。因此，在這種背景下，我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展迅速。多層框架結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。雖然在設(shè)計(jì)過程中看似不難，但涉及很多重要環(huán)節(jié)，如果在多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中不能很好地把握相關(guān)因素，會(huì)出現(xiàn)很多問題。因此，在多層框架建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注意各環(huán)節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，采取合理有效的措施，做好多層框架建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，從而促進(jìn)多層框架結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域得到更好的應(yīng)用。

1 框架結(jié)構(gòu)概述

1.1 框架結(jié)構(gòu)的基本概念

所謂框架結(jié)構(gòu)，是指施工組織中的梁、柱及連接的結(jié)構(gòu)形式。在現(xiàn)階段的一些結(jié)構(gòu)中，多采用框架結(jié)構(gòu)作為主要承重結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的建筑墻體不再設(shè)計(jì)為承重墻。從而在建筑墻體上可分為圍墻、隔墻和其他墻體等更靈活的功能。同時(shí)，在框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，由于墻體不再作為承重墻，在材料的使用和裝修上都有較大的靈活性。比如采用新型墻體材料和保溫材料，在一定程度上降低建筑自身的重力，滿足建筑的更大需求。在建筑的整體穩(wěn)定性上，美感有很大的提高。

1.2 框架結(jié)構(gòu)特性分析

首先，在實(shí)際施工和運(yùn)營(yíng)過程中，框架結(jié)構(gòu)可以減少墻體重量材料的使用，節(jié)省原有建筑材料的投入，在一定程度上有助于施工企業(yè)提高運(yùn)營(yíng)效率和加強(qiáng)對(duì)工程造價(jià)的控制。其次，框架結(jié)構(gòu)的靈活性，在設(shè)計(jì)過程中可以保證整個(gè)建筑框架的質(zhì)量，因此在整個(gè)建筑的重量分配中不需要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃工作。再次，框架結(jié)構(gòu)承重墻的功能，在設(shè)計(jì)過程中可以避免承重墻在中原地區(qū)位置的限制，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化施工，對(duì)建筑未來的發(fā)展具有積極而深遠(yuǎn)的意義。最后，相比其他建筑結(jié)構(gòu)，在施工效率和施工效率方面，框架結(jié)構(gòu)能在一定程度上滿足結(jié)構(gòu)整體性和剛度的要求，結(jié)合混凝土澆筑技術(shù)，以保證建筑的整體安全性，使其得到穩(wěn)定的提升。

2 多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題

2.1 忽視了框架結(jié)構(gòu)薄弱層的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)過程中，由于對(duì)板的受力狀態(tài)認(rèn)識(shí)不全面，將雙向板作為單向板進(jìn)行計(jì)算，忽略了框架中薄弱層的問題。在實(shí)際建筑中，忽略軟弱層問題會(huì)影響建筑的抗側(cè)剛度，削弱建筑的抗震能力，軟弱層出現(xiàn)的主要原因是不連續(xù)的側(cè)向力。

2.2 抗震設(shè)計(jì)中的問題

在多層框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范規(guī)定可以采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。為了保證建筑物的安全和工程質(zhì)量，在計(jì)算完計(jì)算機(jī)的抗震指標(biāo)后，應(yīng)進(jìn)行以下結(jié)構(gòu)的計(jì)算。計(jì)算一般包括剪力系數(shù)設(shè)計(jì)和建筑物抗震設(shè)計(jì)。因此，在確定多層框架結(jié)構(gòu)抗震參數(shù)的過程中，會(huì)出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置不合理等各種問題，嚴(yán)重影響建筑設(shè)計(jì)的安全性。

2.3 忽略垂直框架設(shè)計(jì)

對(duì)于滿足抗震設(shè)計(jì)要求的建筑物，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)在兩條主軸線的框架內(nèi)，主要承受方向的側(cè)向力，以抵抗水平地震力。然而，許多設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)建筑框架時(shí)簡(jiǎn)化計(jì)算，只設(shè)計(jì)縱向連續(xù)梁，使縱向框架的配筋量不足，一個(gè)節(jié)點(diǎn)梁不能滿足框架的抗震要求。當(dāng)縱向框架設(shè)計(jì)缺失時(shí)，縱向框架梁會(huì)產(chǎn)生負(fù)向加固，縱向配筋量不足，難以保證建筑物在地震作用下的穩(wěn)定性。

2.4 計(jì)算圖表不合理

框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在應(yīng)用中存在一個(gè)突出的問題，即設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算不合理，給技術(shù)隊(duì)伍帶來很大的麻煩?？蚣芙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基于網(wǎng)絡(luò)的，利用技術(shù)模塊來模擬框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程。在實(shí)際測(cè)試中，框架結(jié)構(gòu)會(huì)受到許多外部因素的影響。雖然理論上影響不大，但在現(xiàn)實(shí)生活中，哪怕是一點(diǎn)點(diǎn)影響，誰也不能保證這些影響對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的整體質(zhì)量有多大，所以誰也不敢打賭。只有在實(shí)際操作前，做好這方面的準(zhǔn)備，及時(shí)避免外界因素的影響。當(dāng)然，方案計(jì)算的不合理也會(huì)對(duì)建筑本身的整體質(zhì)量產(chǎn)生同樣大的影響。

3 多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 薄弱層

由于框架結(jié)構(gòu)中薄弱層的存在會(huì)影響建筑物的抗震能力，因此在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意薄弱層的存在。一般來說，判斷薄弱層的方法有以下幾種：①設(shè)計(jì)人員在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，根據(jù)有關(guān)規(guī)定和自己以往的經(jīng)驗(yàn)，直接指出薄弱層；②通過計(jì)算和設(shè)計(jì)，利用軟件對(duì)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并與相關(guān)數(shù)據(jù)規(guī)定進(jìn)行比較，如，當(dāng)結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度不滿足規(guī)范要求或樓層荷載突變數(shù)據(jù)符合薄弱層特征時(shí)，軟件自動(dòng)將其識(shí)別為薄弱層。當(dāng)樓板豎向橫向構(gòu)件不連續(xù)或承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，將其視為薄弱層。當(dāng)存在軟弱層時(shí)，必須采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，如驗(yàn)算軟弱層的屈服強(qiáng)度系數(shù)，如果彈性強(qiáng)度系數(shù)不符合要求，則根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果判斷是否需要驗(yàn)算彈性強(qiáng)度系數(shù)，框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須作相應(yīng)的調(diào)整。

3.2 短柱

框架結(jié)構(gòu)中，栓釘凈高小于或等于4，剪跨比小于或等于2。短柱在地震作用下易發(fā)生脆性破壞。由于短柱的抗剪承載力和變形能力較差，會(huì)對(duì)建筑物造成嚴(yán)重破壞，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免。造成短柱的主要原因可能是：①樓梯的半休息平臺(tái)和部分結(jié)構(gòu)層，兩框架梁之間框架柱的凈高較??；②填充墻設(shè)置不好，某層框架柱兩側(cè)無填充墻，另一側(cè)為空填充墻。柱的凈高與無填充墻柱截面的比值通常小于或等于4，從而形成短柱。短柱處理的主要目的是提高柱的抗剪承載力和變形能力。短柱縱筋應(yīng)對(duì)稱布置，兩側(cè)縱筋配筋率不大于1.2%。也可采用復(fù)合鋼板、x型鋼筋等進(jìn)行處理。

3.3 水平荷載作用下內(nèi)力計(jì)算

采用D值法和拐點(diǎn)法計(jì)算了框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的內(nèi)力。這兩種方法有效地保證了計(jì)算的準(zhǔn)確性。在D值法中，當(dāng)柱水平移動(dòng)時(shí)，D值用作水平剪力。該方法在框架結(jié)構(gòu)柱間的橫向位移和剪力計(jì)算中有很好的應(yīng)用價(jià)值，D值非常接近現(xiàn)實(shí)。在水平荷載作用下計(jì)算內(nèi)力時(shí)，圓柱兩端的約束條件對(duì)圓柱的角度和高度有很大影響。在這種情況下，拐點(diǎn)將隨著角度的增加而橫向移動(dòng)。根據(jù)該規(guī)律，確定了D值法的拐點(diǎn)位置。在水平荷載作用下，框架結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生層間剪力和傾覆力矩。梁和柱在層間剪切作用下會(huì)發(fā)生不同程度的變形。在傾覆力矩作用下，框架柱會(huì)產(chǎn)生軸向張力和軸向壓縮變形。因此，當(dāng)框架結(jié)構(gòu)高度較大或較大時(shí)，必須考慮柱的軸向變形對(duì)框架結(jié)構(gòu)橫向運(yùn)動(dòng)的影響，保證結(jié)構(gòu)的剛度。

3.4 抗震設(shè)計(jì)

首先，確定梁的高度。為了改進(jìn)和使多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)滿足抗震要求，設(shè)計(jì)人員應(yīng)認(rèn)真考慮梁的高度，因?yàn)殇摻罨炷量蚣芙Y(jié)構(gòu)的抗震性能不太好，必須保證其值的正確性和客觀性。如果不能確定具體的合理值，最好選擇較大的值，避免梁的剛度過小，滿足抗震要求。其次，確定梁端負(fù)彎矩的取值。在豎向荷載作用下，梁端的負(fù)彎矩大于計(jì)算值。雖然鋼筋的數(shù)量可以增加，但抗彎儲(chǔ)備過高。因此，在負(fù)彎矩鋼筋計(jì)算中，宜選擇較小的負(fù)彎矩鋼筋值，并對(duì)跨內(nèi)鋼筋進(jìn)行松弛。為了提高框架結(jié)構(gòu)的抗震性能，梁的配筋等級(jí)差小于5%，可作為一級(jí)鋼筋。最后，施工過程中材料發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)重新設(shè)計(jì)相應(yīng)的梁鉸負(fù)筋，不能采用原有配置。

3.5 提高設(shè)計(jì)專業(yè)性

在隊(duì)伍建設(shè)中，缺乏有效的職業(yè)化水平，這是當(dāng)前高頻率出現(xiàn)的問題之一?？蚣芙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隊(duì)伍的專業(yè)化水平普遍不高，嚴(yán)重影響工程建設(shè)的質(zhì)量管理，必須提高其專業(yè)化水平。針對(duì)專業(yè)人才缺乏的情況，我們可以對(duì)團(tuán)隊(duì)內(nèi)部人員進(jìn)行定期、定期的崗位培訓(xùn)，有效提高框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的專業(yè)水平，在招聘團(tuán)隊(duì)成員時(shí)，我們可以引進(jìn)專業(yè)人才，有效提高框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)內(nèi)部成員的專業(yè)水平。在實(shí)踐中，框架設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員可以不斷地訓(xùn)練到專業(yè)化水平，有效緩解框架設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員專業(yè)化水平的不足。

4 結(jié)論

綜上所述，隨著我國(guó)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的快速發(fā)展，多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的問題也在逐漸發(fā)生變化，在設(shè)計(jì)過程中需要及時(shí)收集新的問題，為保證多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性，應(yīng)把加強(qiáng)這些環(huán)節(jié)作為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，同時(shí)根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量而多層建筑的安全性，必須先確認(rèn)其正確性，才能投入施工。