多層鋼筋混凝土框架建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計研究

高艷梅+馬倩

【摘要】目前，在國內(nèi)外很多建筑物中廣泛采用多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要有兩種性質(zhì)不同的材料鋼筋和混凝土所組成。多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)具有諸多優(yōu)點，但在設(shè)計和施工過程中也存在很多問題需要注意和解決，為此展開一些基礎(chǔ)性的討論和研究。

【關(guān)鍵詞】多層鋼筋混凝土框架；結(jié)構(gòu)設(shè)計；抗震性能

【Abstract】At present， the multi-story reinforced concrete frame structure is widely used in many buildings both at home and abroad. The structure mainly consists of two kinds of material reinforced concrete and concrete with different properties. Multi-story reinforced concrete frame structure has many advantages， but there are many problems in the design and construction process need to pay attention to and solve， for which to start some basic discussion and research.

【Key words】Multi - story reinforced concrete frame structure design seismic behavior

隨著建筑造型和建筑功能日趨多樣化和我國的鋼材量需求也在大幅提升，導(dǎo)致多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)廣泛使用，無論是在工業(yè)建筑或是民用建筑中，多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)都是非常好的建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)。多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)具有比較強(qiáng)的抗震性，因此，在房屋選擇抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，也多采用多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

1. 多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提。

多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是由梁柱構(gòu)件組成的空間結(jié)構(gòu)，既承受豎向荷載，又承受風(fēng)荷載和地震作用，因此，必須設(shè)計成雙向剛架的抗水平風(fēng)荷載和水平地震作用的結(jié)構(gòu)體系，并且應(yīng)具有足夠的側(cè)向剛度，以滿足規(guī)范，規(guī)程所規(guī)定的樓層層間最大位移與層高之比。

1.2框架結(jié)構(gòu)設(shè)計達(dá)到延性要求的措施。

為保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性，結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要采用一系列的構(gòu)造措施實現(xiàn)，比如在《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中所規(guī)定的梁和柱的剪壓比，柱的軸壓比，梁端截面受壓區(qū)高度限值，梁和柱端箍筋加密區(qū)及最大最小配筋率等等。一般為了滿足梁和柱的剪壓比，柱的軸壓比的要求，可以增加梁柱的截面面積及混凝土的強(qiáng)度等級，當(dāng)滿足了這些規(guī)定之后，便可以提高框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的延性。

1.3結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)選用。

多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)形式一般包括鋼筋混凝土獨立柱基礎(chǔ)，柱下條形基礎(chǔ)及筏板基礎(chǔ)。當(dāng)?shù)鼗休d力較高時，可選用鋼筋混凝土獨立柱基礎(chǔ)或選用柱下條形基礎(chǔ)。鋼筋混凝土獨立柱基礎(chǔ)施工較為方便，基礎(chǔ)開挖時可以每個柱子的基礎(chǔ)單獨開挖，可以節(jié)省大量的工程量，施工周期較短，經(jīng)濟(jì)性比較好。柱下條形基礎(chǔ)具有較好的空間剛度，即可將柱的荷載分不到縱橫兩個方向，又能調(diào)整基礎(chǔ)的不均勻沉降。筏板基礎(chǔ)具有整體剛度大，能有效的調(diào)整基底反力和不均勻沉降。筏板基礎(chǔ)又分為平板式和梁板式兩種類型，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)時，我們在選擇筏板基礎(chǔ)形式時應(yīng)該盡可能的選用梁板式，因為上部框架柱傳遞給基礎(chǔ)的是集中力，而基礎(chǔ)梁的抗剪性能較好，所以選擇梁板式筏板。以上均為每個基礎(chǔ)形式的特點，在做設(shè)計時可以根據(jù)不同的地基情況選擇最經(jīng)濟(jì)合理的一種基礎(chǔ)形式。

1.4結(jié)構(gòu)的構(gòu)造。

（1）首先，在設(shè)計框架柱，框架梁及樓板之前，除了要滿足承載力及抗震要求外，還應(yīng)滿足最小截面的要求，比如柱截面四級不超過2層是不宜小于300mm，一，二，三級且超過2層時不宜小于400mm；圓柱的直徑，四級或不超過2層時不宜小于350mm，一，二，三級且超過2層時不宜小于450mm。梁的截面寬度不宜小于200mm，截面高寬比不宜大于4，凈跨與截面高度之比不宜小于4等等。

（2）其次，框架結(jié)構(gòu)的長度如果超過了規(guī)范的限制，而建筑設(shè)計時不方便留縫，因此為了降低有害裂縫的出現(xiàn)，應(yīng)該在混凝土中添加外加劑進(jìn)行補(bǔ)償澆筑。同時，在屋面增加保溫的厚度，樓板配成雙層雙向的鋼筋，每層都要設(shè)置鋼筋混凝土后澆帶，并加強(qiáng)構(gòu)造措施。

（3）再次，在跨度比較大的柱網(wǎng)框架結(jié)構(gòu)中，為了防止樓梯間處的柱變成短柱，樓梯間處的框架柱就要對柱箍筋全長加密。而這一點在設(shè)計中往往容易被忽略，應(yīng)該加強(qiáng)注意。

2. 多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計

據(jù)國內(nèi)外在歷次的地震震害情況可知，多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計中使用情況是最好的，在地震中這類結(jié)構(gòu)遭受到的破壞也是最輕的。這是因為多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)具有非常好的延伸性和整體性。比如在2008年5月12日發(fā)生在四川汶川、北川8.0級地震中，當(dāng)結(jié)構(gòu)形式為多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)時，房屋所遭受的破壞都比較輕，而且主體結(jié)構(gòu)也基本完好。只有當(dāng)房屋的結(jié)構(gòu)形式為磚混或是內(nèi)框架混合結(jié)構(gòu)形式時破壞較為嚴(yán)重，造成倒塌 。在日本、美國、委內(nèi)瑞拉等國在多次大地震中，也都證明了因多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的房屋損壞率都比較小。該結(jié)構(gòu)在考慮到抗震性能設(shè)計中主要有以下幾點：

（1）目前在多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中，常采用兩種結(jié)構(gòu)，即純框架結(jié)構(gòu)和有少量抗震墻的框架結(jié)構(gòu)。在抗震方案的結(jié)構(gòu)選擇之前，要充分考慮到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的合理性，從而優(yōu)先采用少量抗震墻的框架結(jié)構(gòu)。而純框架結(jié)構(gòu)主要使用在那些層數(shù)比較低、剛度均勻和體型比較簡單的房屋施工方案中。

（2）純框架的設(shè)計甲類建筑的房屋不應(yīng)采用單跨框架，丙類建筑不宜采用單跨框架，一般情況下框架梁及柱均應(yīng)雙向設(shè)置，而在設(shè)計少量抗震墻的框架結(jié)構(gòu)時要注意框架部分和剪力墻部分均要雙向設(shè)置，在布置剪力墻時應(yīng)盡量布置在建筑物的平面中心位置，防止剛度不均勻，這種結(jié)構(gòu)形式不但提高了房屋的抗震性能，從而也實現(xiàn)了在抗震設(shè)計時要多道防線的概念。

（3）從抗震設(shè)計的概念上來講，地震力的大小是和建筑物的重量大小有很大關(guān)系的，為了減小地震力的作用，在框架設(shè)計中建筑物的房間隔墻應(yīng)該采用比較輕的陶?；炷疗鰤K或者是加氣混凝土砌塊等材料。

（4）房屋的設(shè)計應(yīng)在立體和平面上盡量簡單，避免大懸挑和平面凹凸出現(xiàn)，平面宜均勻?qū)ΨQ。如果房屋的立面和平面形狀過于復(fù)雜或者結(jié)構(gòu)的剛度在平面中不均勻，可以用設(shè)置防震縫的方法將其分開。

（5）在相同結(jié)構(gòu)的單元內(nèi)，每層的框架梁就應(yīng)該做在相同點標(biāo)高上，避免錯層、夾層等情況的出現(xiàn)。如果這種情況無法避免，就要對框架柱和梁構(gòu)造上加強(qiáng)。

（6）在做抗震墻和框架柱的抗震設(shè)計時，應(yīng)保證滿足承載力要求的情況下，盡量使下部截面大，上部截面小，逐層遞減，每層截面尺寸減小的范圍應(yīng)在50mm～100mm之間，避免剛度突變。

3. 結(jié)束語

隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)也在不斷改進(jìn)和完善，運用于更多的建筑工程中。但該結(jié)構(gòu)還存在很多問題和不足，需要對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行大量的研究和改造，這就要求廣大的建筑工作者要在具體工程實踐過程中，不斷的總結(jié)和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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