多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計要點研究分析

摘要：隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國多層建筑發(fā)展迅速，其設(shè)計思想在不斷更新，建筑平面布置與豎向體形也越來越復(fù)雜，給多層結(jié)構(gòu)設(shè)計提出更高的要求。多層建筑采用框架結(jié)構(gòu)形式，可形成內(nèi)部大空間，同時也能進(jìn)行靈活的建筑平面布置。因此，框架結(jié)構(gòu)體系在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用甚廣。本文在此從計算和構(gòu)造對多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計要點做了詳細(xì)的研究。

關(guān)鍵詞：多層建筑;框架結(jié)構(gòu);構(gòu)造

一、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中要考慮優(yōu)化設(shè)計，綜合考慮各方面因素，盡量采用最為經(jīng)濟和合理的方案。全面考慮各個受力構(gòu)件的可能承受的各種荷載，豎向承重構(gòu)件把豎向荷載傳遞到基礎(chǔ)上，還承受風(fēng)和地震等水平荷載，以及溫度應(yīng)力，這些都要考慮到，布置時要把承重構(gòu)件放在有利于承受水平荷載和溫度應(yīng)力的位置。要限制剪力墻的間距，確定樓板剛度滿足整體工作的要求。水平承重構(gòu)件的布置，也要綜合考慮多方面因素，力爭做到傳力路徑簡短，以最快的方式將樓面上的荷載傳遞到主梁上，再由柱和剪力墻傳遞到基礎(chǔ)和地基。在設(shè)計地基基礎(chǔ)時，要根據(jù)基本理論知識，結(jié)合豐富的實際經(jīng)驗，預(yù)見可能出現(xiàn)的各種問題，并分析出合理的解決方案。計算過程要牢記“強柱弱粱、強剪弱彎、強壓弱拉”的原則，不可隨意加大配筋量，要考慮構(gòu)件的延性性能，對薄弱部位注意加強。對于鋼筋的錨固長度尤其是直線段錨固長度，要注意溫度應(yīng)力的影響。平面和立面的布置，要按照均勻、對稱和規(guī)整原則進(jìn)行，考慮多道防線，力爭避免出現(xiàn)薄弱層。結(jié)構(gòu)的選型和布置及計算的整個設(shè)計過程，要綜合考慮各方面因素，并進(jìn)行極限狀態(tài)的驗算，以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案安全合理。

二、注重結(jié)構(gòu)剛度的控制

1、結(jié)構(gòu)整體剛度和構(gòu)件的相對剛度控制設(shè)計

在結(jié)構(gòu)布置和結(jié)構(gòu)計算分析時，結(jié)構(gòu)工程師一般比較關(guān)注的是荷載的產(chǎn)生及其數(shù)值大小，即比較注重“力”的概念，而往往容易忽視或輕視結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抵抗外力的變形能力、反映結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)在聯(lián)系、影響構(gòu)件內(nèi)力及變形相互關(guān)系的“剛度”。事實上，結(jié)構(gòu)中力的平衡、變形的協(xié)調(diào)以及由此產(chǎn)生的構(gòu)件內(nèi)力都是通過構(gòu)件自身的線剛度，以及連接構(gòu)件之間的相對剛度的大小來體現(xiàn)的。因此，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)十分重視、透徹理解結(jié)構(gòu)剛度理論。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中對剛度理論科學(xué)地運用，不僅能夠避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不安全因素，消除結(jié)構(gòu)隱患，而且可以保證構(gòu)件以至于整個結(jié)構(gòu)在荷載作用下，受力合理并獲得最佳的經(jīng)濟效益。

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計的剛度控制應(yīng)貫穿于結(jié)構(gòu)設(shè)計的全過程

如將樓面剛度設(shè)計為無窮大，可使計算出的各抗側(cè)力構(gòu)件的內(nèi)力較為準(zhǔn)確，保證結(jié)構(gòu)的安全性;將高層建筑設(shè)計成豎向剛度均勻連續(xù)變化，在任何樓層處不會產(chǎn)生位移突變，也就不會形成薄弱部位，在遭受罕遇地震時就不至于倒塌或發(fā)生危及人們生命的嚴(yán)重破壞;將建筑結(jié)構(gòu)兩個主軸方向的側(cè)向剛度協(xié)調(diào)均衡，使建筑結(jié)構(gòu)兩向，甚至多方向的動力特性相近，可抑制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，使結(jié)構(gòu)變形簡單，較好地保證結(jié)構(gòu)的安全;在平面剛度發(fā)生突變、產(chǎn)生薄弱部位的地方，在采用“精確”計算和多種構(gòu)造措施都難于滿足抗震要求的部位，通過合理的設(shè)置防震縫，解決平面剛度突變的問題等。

三、從結(jié)構(gòu)計算和構(gòu)造上滿足規(guī)范要求

1、從結(jié)構(gòu)計算角度，看結(jié)構(gòu)計算應(yīng)注意的問題

避免荷載計算的錯誤。諸如漏算或少算荷載、活荷載折減不當(dāng)、建筑物用料與實際計算不符，基礎(chǔ)底板上多算或少算土重。底框砌體結(jié)構(gòu)驗算時就應(yīng)注意：底部剪力法僅適用于剛度比較均勻的多層結(jié)構(gòu)，對具有薄弱層的底層框架混合結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮塑性變形集中的影響，通常對底層地震剪力乘以1.2—1.5的增大系數(shù);底層框架混合結(jié)構(gòu)的剪力分配不能簡單地按框架抗震墻的方法。因為底框架結(jié)構(gòu)中只有底層框架抗震墻，應(yīng)采用雙保險的方法，抗震墻承擔(dān)全部剪力，框架按剛度比例承擔(dān)剪力。剛度計算時，框架不折減，抗震墻折減到彈性剛度的20%一30%;應(yīng)考慮底層框架柱中地震作用產(chǎn)生傾覆力矩所引起的附加軸力。避免樓板計算中不正確方法。連續(xù)板計算不能簡單地用單向板計算方法代替;雙向板查表計算時，不能忽略材料泊松比的影響，否則，由于跨巾彎矩未進(jìn)行調(diào)整，將使計算值偏小。

對電算結(jié)果的正確性進(jìn)行正確評價。目前結(jié)構(gòu)計算大多采用結(jié)構(gòu)設(shè)計計算程序進(jìn)行計算，如何對計算結(jié)果進(jìn)行分析、評價，是一個非常重要的方面。必須根據(jù)工程設(shè)計的經(jīng)驗對計算結(jié)果進(jìn)行分析、判斷，根據(jù)其正確與否，決定能否作為施工圖設(shè)計的依據(jù)。

2、從構(gòu)造上應(yīng)注意的問題

2.1獨立基礎(chǔ)設(shè)計荷載取值問題

通常情況下，多層框架房屋采用的是柱下獨立基礎(chǔ)的形式，而 《抗震規(guī)范》中明確指出，在地基的主要持力層沒有軟弱粘性土層的情況下，當(dāng)建筑高度在25米以內(nèi)且層數(shù)在8層以內(nèi)的一般民用建筑，可以不對地基和基礎(chǔ)的抗震承載力進(jìn)行驗算。但是在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計時應(yīng)該要將風(fēng)荷載考慮進(jìn)去。所以，不能因為一般建筑在地震區(qū)風(fēng)荷載不是控制荷載而忽略了。還有些設(shè)計師在進(jìn)行獨立基礎(chǔ)設(shè)計時，柱腳內(nèi)力設(shè)計值取值不合理，只對軸力與彎曲采取了設(shè)計值，而未能考慮剪力，還有些甚至只取了軸力設(shè)計值。若獨立基礎(chǔ)的設(shè)計荷載取值不合理，將會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的不安全或者材料浪費。

2.2基礎(chǔ)系梁的設(shè)置問題

如果基礎(chǔ)埋置深度較深時，可以用基礎(chǔ)系梁減少底層柱的計算長度。在±0.000以下設(shè)置系梁，此時系梁宜按一層框架梁進(jìn)行設(shè)計，同時系梁以下的柱應(yīng)按短柱處理。如果工程條件符合lt;建筑抗震設(shè)計規(guī)范gt;第 6.1.11 條規(guī)定，應(yīng)設(shè)基礎(chǔ)系梁。根據(jù)抗震要求，可沿兩個主軸方向設(shè)置構(gòu)造基礎(chǔ)系梁。基礎(chǔ)系梁截面高度可取柱中心距的1/12～1/15。構(gòu)造基礎(chǔ)系梁縱向受力鋼筋可取上述所連接柱的最大軸力設(shè)計值的10%作為拉力或壓力來計算。當(dāng)為構(gòu)造配筋時，應(yīng)滿足最小配筋率;當(dāng)基礎(chǔ)系梁上作用有填充墻或樓梯柱等傳來的荷載時，應(yīng)與所連接柱子的最大軸力設(shè)計值的10%疊加計算?；A(chǔ)系梁截面也應(yīng)適當(dāng)增加，算出的配筋應(yīng)滿足受力要求和構(gòu)造配筋要求。構(gòu)造基礎(chǔ)系梁頂標(biāo)高通常與基礎(chǔ)頂標(biāo)高相同。為減少基礎(chǔ)系梁計算跨度，可以將基礎(chǔ)梁下與獨立基礎(chǔ)的臺階或錐形斜坡之間的空隙部分用素混凝土澆筑至與基礎(chǔ)頂面平齊，再澆筑基礎(chǔ)系梁。

如果用基礎(chǔ)系梁平衡柱底彎矩，基礎(chǔ)系梁的截面尺寸與配筋應(yīng)按框架梁設(shè)計。這時，拉梁正彎矩鋼筋應(yīng)全部拉通，負(fù)彎矩鋼筋至少應(yīng)在 1/2 跨拉通，基礎(chǔ)系梁的縱筋在框架柱內(nèi)的錨固、箍筋的加密及其余抗震構(gòu)造要求應(yīng)與上部框架梁完全相同，且此時拉梁應(yīng)設(shè)置在基礎(chǔ)頂部。

綜上所述，如不設(shè)置基礎(chǔ)系梁，填充墻可以采用素混凝土條形基礎(chǔ);如設(shè)置基礎(chǔ)拉梁，宜在框架柱之間設(shè)置，對于不在框架柱之間的墻體基礎(chǔ)可采用素混凝土基礎(chǔ)。

2.3框架結(jié)構(gòu)梁設(shè)計的問題與處理

在框架結(jié)構(gòu)梁的設(shè)計中，如果梁上存在次梁（包括挑梁端部）應(yīng)該考慮附加箍筋和吊筋，同時優(yōu)先考慮采用附加箍筋。在梁上的小柱和水箱下，如果梁架在板上，在設(shè)計的時候不必加附加筋。同時為了表達(dá)清楚，在做施工圖的時候可以考慮在結(jié)構(gòu)設(shè)計總說明處，畫一節(jié)點，有次梁處兩側(cè)各加3根主梁箍筋作為補充。

如果次梁的端部與框架梁相交或彈性支承在墻體上，梁的端支座我們可以按照簡支梁來處理，但是梁的端箍筋應(yīng)該考慮加密。在設(shè)計考慮抗扭的梁時，縱筋的間距不應(yīng)大于300mm并且不能大于梁的寬度，即我們在設(shè)計的時候要求加腰筋來增加梁的抗扭，并且縱筋和腰筋錨入支座內(nèi)的長度要達(dá)到錨固長度。箍筋要求同抗震設(shè)防時的要求保持一致。反梁的板吊在梁底下，板荷載宜由箍筋來承受，或適當(dāng)?shù)脑龃蠊拷畹拈g距，梁支承偏心布置墻時宜做下挑沿。

框架梁的高度宜取梁跨度的1/10- 1/15，扁梁的寬度可以取到柱寬的兩倍。扁梁的箍筋應(yīng)該延伸至另一方向的梁的邊緣。

2.4豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構(gòu)件上下貫通;能不使用轉(zhuǎn)換層的就應(yīng)避免使用，以減小結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計上的困難，另外也不經(jīng)濟，還容易造成應(yīng)力集中;豎向剛度最好不要突變，而要漸變，否則突變處在水平荷載作用下會出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，這對結(jié)構(gòu)抵抗水平動力荷載是十分不利的，是設(shè)計中避免和注意的。

參考文獻(xiàn)：

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