淺論某框

陳仕廣

摘要：隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們的生活水平有了極大提高，這促使人們對(duì)于居住條件提出了更高的要求。計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)程序的全面應(yīng)用給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師帶來(lái)極大方便，提高了設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，然而僅僅依賴于計(jì)算機(jī)程序的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是不夠的，工程師只有通過(guò)概念設(shè)計(jì)將所感知事物的共同本質(zhì)特點(diǎn)抽象出來(lái)加以概括才能形成符合時(shí)代要求的建筑產(chǎn)品。本文結(jié)合工作實(shí)踐，對(duì)概念設(shè)計(jì)在框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：概念設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；框剪結(jié)構(gòu)

引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及計(jì)算方法的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中常常陷入只憑計(jì)算的誤區(qū)。然而對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)工程師來(lái)說(shuō)，概念設(shè)計(jì)比精確計(jì)算對(duì)確保結(jié)構(gòu)安全可靠及使用功能方面更為重要。概念設(shè)計(jì)[1]是從結(jié)構(gòu)的宏觀整體出發(fā)，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，正確處理結(jié)構(gòu)總體方案、材料使用和細(xì)部構(gòu)造等，以達(dá)到合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的目的。

1 結(jié)構(gòu)總體概念設(shè)計(jì)

在建筑結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)階段，應(yīng)積極配合建筑專業(yè)并依據(jù)已有的結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)原則和概念，處理好結(jié)構(gòu)方案、材料選型和細(xì)部構(gòu)造等問(wèn)題。

1.1 結(jié)構(gòu)方案的合理選取

災(zāi)難調(diào)查和事故分析表明：結(jié)構(gòu)方案對(duì)建筑物的安全使用有著決定性的影響。相關(guān)規(guī)范規(guī)定，選擇結(jié)構(gòu)方案[3]應(yīng)遵循以下基本原則：

1.1.1 選用合理的結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件形式和平面布置，結(jié)構(gòu)傳力途徑應(yīng)簡(jiǎn)潔、明確，豎向構(gòu)件宜連續(xù)貫通、對(duì)齊

1.1.2 結(jié)構(gòu)的平、立面布置宜規(guī)則，各部分的質(zhì)量和剛度宜均勻、連續(xù)

1.2 建筑材料選型及細(xì)部構(gòu)造

為了滿足建筑的空間使用要求，在框架體系中需要設(shè)置各式各樣的填充墻體。填充墻體材料的種類很多，但應(yīng)盡可能選用輕質(zhì)的墻體材料。

眾所周知，一個(gè)好的建筑物不但要滿足使用的功能要求，還要以漂亮的外形展示給人們，這就需要在已有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相應(yīng)部位增加細(xì)部構(gòu)造。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中為保證細(xì)部構(gòu)造的安全穩(wěn)固通常需要遵循兩個(gè)基本原則：（1）細(xì)部構(gòu)造與主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件要有可靠的連接并具有良好的傳力性能；（2）應(yīng)考慮細(xì)部構(gòu)造變形對(duì)主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生的影響。

2 框-剪結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用

2.1 框-剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

框剪結(jié)構(gòu)中剪力墻部分具有較大的抗側(cè)剛度，因其結(jié)構(gòu)布置靈活，能夠形成較大的空間，這種結(jié)構(gòu)形式目前已被廣泛采用。框剪結(jié)構(gòu)由于剪力墻與框架相互作用，框架部分與純框結(jié)構(gòu)相比受力狀態(tài)差異較大，其在地震中的破壞模式也比較復(fù)雜。因此，在設(shè)計(jì)初期需要遵循以下基本原則：

2.1.1 結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有合理的抗側(cè)剛度

為發(fā)揮框剪結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)越性，剪力墻與框架在整個(gè)建筑中所占比重應(yīng)當(dāng)力求合理。剪力墻布置過(guò)多會(huì)造成結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度過(guò)大而使得變形能力太差，容易造成局部受損乃至整體破壞；若剪力墻布置過(guò)少會(huì)造成結(jié)構(gòu)整體過(guò)柔雖然具有較好的減震耗能作用，但是易產(chǎn)生過(guò)大變形而無(wú)法使用甚至整體傾覆，因?yàn)榇藭r(shí)的結(jié)構(gòu)體系已偏向于純框架，喪失了兩者協(xié)調(diào)工作的效能。

2.1.2 結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有多道抗震防線

框剪結(jié)構(gòu)是具有多道防線和良好性能的抗震結(jié)構(gòu)，其中剪力墻既是主要抗側(cè)力構(gòu)件又是第一道抗震防線。相關(guān)規(guī)范規(guī)定：剪力墻承受的結(jié)構(gòu)底部地震傾覆力矩不應(yīng)小于底部總地震傾覆力矩的50%。同時(shí)，任一層框架部分按框架和墻協(xié)同工作分配的地震剪力，不應(yīng)小于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的20%和框架各層地震剪力最大值的1.5倍兩者的較小值，這是發(fā)揮第二道防線的抗側(cè)力作用。

2.1.4 強(qiáng)結(jié)點(diǎn)和強(qiáng)錨固

對(duì)于框剪結(jié)構(gòu)這樣的復(fù)雜體系，結(jié)點(diǎn)的復(fù)雜性難于預(yù)測(cè)和控制，即使從理論上保證了每個(gè)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度，但因結(jié)點(diǎn)的普遍存在，力的傳遞往往不能暢通而出現(xiàn)集中甚至中斷，破壞由此而發(fā)生，因此做強(qiáng)結(jié)點(diǎn)和可靠錨固是設(shè)計(jì)人員的追求。

2.2 框-剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

2.2.1 剪力墻的合理布置[4]

框剪結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成雙向抗側(cè)力體系；抗震設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向均應(yīng)布置剪力墻，避免僅單向有墻的結(jié)構(gòu)布置形式。剪力墻墻肢截面宜簡(jiǎn)單、規(guī)則，側(cè)向剛度不宜過(guò)大?？蚣艚Y(jié)構(gòu)中，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間除個(gè)別節(jié)點(diǎn)外不應(yīng)采用鉸接；梁與柱或柱與剪力墻的中線宜重合，不重合時(shí)，在計(jì)算中應(yīng)考慮偏心對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)構(gòu)造和受力的不利影響，以及梁荷載對(duì)柱子的偏心影響。

2.2.2 設(shè)備夾層部分模型的處理

工程實(shí)際中，為了滿足設(shè)備的使用要求，在樓層間要設(shè)置局部夾層[2]。由于軟件建模時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)在樓層間形成樓板，我們通常把夾層樓板的荷載導(dǎo)算到夾層梁上，讓其參與結(jié)構(gòu)體系的整體抗震計(jì)算。

3 工程實(shí)例分析

某項(xiàng)目情況：主樓部分12層全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，下設(shè)三層地下車庫(kù)。其中在第二層的層間有設(shè)備夾層，第一層的層高是5.4m，第二層的層高是4.8m，其他層為4.0m。該建筑設(shè)計(jì)使用年限為50年，重要性類別為乙類，基本風(fēng)壓按50年一遇取值。

3.1 人防地下室及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本工程為三層地下室，人防部分設(shè)于地下三層，設(shè)3個(gè)防護(hù)單元，平時(shí)為汽車庫(kù)，戰(zhàn)時(shí)為二等人員掩蔽所。進(jìn)入人防地下室的車道出入口戰(zhàn)時(shí)封堵，不做戰(zhàn)時(shí)主要出口。根據(jù)工程地質(zhì)報(bào)告及結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)，由于地下室埋置較深，需要做抗浮設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)采用永久性抗浮錨桿。

3.2 地上部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 結(jié)構(gòu)體系

1）剪力墻的布置：遵從概念設(shè)計(jì)的原則，結(jié)合本工程的特點(diǎn)，剪力墻的布置很難達(dá)到規(guī)則、對(duì)稱的效果，只能在樓、電梯間增設(shè)剪力墻，各自形成局部小筒體，然后在建筑兩端各增設(shè)兩片剪力墻，這樣同時(shí)也可以滿足建筑使用上的要求。

2）框架梁、柱的布置：為滿足建筑的空間使用要求，兩端第一跨不允許布置框架柱。通過(guò)研究，只能布置大跨度斜向的框架梁。另外，屋面層有覆土，還有各類的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，考慮到荷載比較大，而且分布范圍比較廣，因此，整個(gè)屋面采用井字梁的結(jié)構(gòu)布置形式。

3）連梁剛度：剪力墻與框架柱間的梁應(yīng)設(shè)計(jì)成強(qiáng)連梁，加強(qiáng)框架與墻的整體作用，從而緩解由于剪力墻中斷而造成的與剪力墻相連的框架柱內(nèi)力的突變。其他情況的聯(lián)肢墻宜設(shè)計(jì)成弱連梁。

3.2.2 框架部分配筋要點(diǎn)

1）梁的鋼筋在盡端是錨入柱的，大跨斜梁應(yīng)盡可能選擇大直徑單排配筋的形式，這是為了避免與該梁相交的其他梁的鋼筋錨固沖突，同時(shí)也是為了方便施工。

2）本工程第二層的層間存在設(shè)備夾層。雖為局部夾層，但在地震作用下該部分屬于相對(duì)薄弱部位，因此夾層樓板周邊的框架柱變形能力需要提高，箍筋全高范圍加密；其他柱箍筋加密情況均按規(guī)范要求進(jìn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

建筑結(jié)構(gòu)理論博大精深，概念設(shè)計(jì)作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先導(dǎo)將成為今后設(shè)計(jì)界的主流思想。本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)概念設(shè)計(jì)的基本原則及設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行了闡述，有些問(wèn)題還需進(jìn)一步的探討。

參考文獻(xiàn)：

[1]郁彥.高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1999. 58-129.

[2]劉喜平.框架-核心筒高層結(jié)構(gòu)設(shè)置加強(qiáng)層問(wèn)題的探討[J].西北水利發(fā)電，2005（3）.

[3]GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[4]JGJ 3-2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.