多層框架房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題探討

侯名濤

摘 要：在層數(shù)與高度恰當(dāng)?shù)那樾蜗?，框架結(jié)構(gòu)所提供的建筑空間是非常大的，其具有較為靈活的平面布置，能夠使多種使用功能和工藝的需求得到滿足。然而為了使結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量得以保障，在設(shè)計框架結(jié)構(gòu)的過程中，設(shè)計人員依舊需要對某些實際性與概念性的問題加以充分的重視。

關(guān)鍵詞：多層框架；房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計；問題

1 引言

近年來我國經(jīng)濟水平不斷提高，人們的生活水平也有了相應(yīng)的提升，使得人們對于所居住和使用的建筑物有了更高的要求和標準，現(xiàn)代房屋建筑一般多層的采用框架結(jié)構(gòu)。多層房屋框架結(jié)構(gòu)是在工業(yè)及民用建筑中常用的形式，可以廣泛運用到石油焦化結(jié)構(gòu)、礦井地面建筑和電子工業(yè)的建設(shè)以及民用建筑中停車場、辦公樓的建設(shè)等。

2 多層框架房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

2.1 地基基礎(chǔ)的設(shè)計

多層框架房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員需要根據(jù)實際工程的勘察資料、地質(zhì)、水文條件等進行考慮，分析對應(yīng)地基變形、載荷控制等要素，針對天然地基，需要加強淺地基的合理應(yīng)用。持力層設(shè)計前需要分析基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的合理性，加強影響要素的分析，如載荷、土層物性、力學(xué)要求等。其次針對建筑結(jié)構(gòu)類型、地下水以及建筑體型等各方面因素進行考慮。綜合各個影響要素再進行分析計算，對后期設(shè)計工作以及房屋建筑的合理性具有重大意義。

2.2 建筑物內(nèi)力分析

建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)在豎向荷載和水平荷載存在著較大的差異。在豎向荷載計算中，可供選擇的方法有分層法和彎矩二次分配法。分層法計算的要點在于將上下層兩端的彈性支撐改為固定端支撐，然后用各層柱的線剛度乘以0.9，從而得到內(nèi)力值。而彎矩二次分配法則需要對各個節(jié)點的不平衡彎矩進行重新分配和計算，從而得到數(shù)值。而水平荷載計算中，可以采用反彎點法和D值法，需要注意的是，D值法的計算精準度較高，但是當(dāng)梁和柱線的剛度過大時，反彎點法則更能體現(xiàn)出準確度。所以建筑物的內(nèi)力分析是一個細致而又復(fù)雜的過程，需要相關(guān)設(shè)計人員綜合考慮各種因素，進而得到準確的數(shù)據(jù)，提高建筑物的安全性能。

2.3 配筋結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了提高框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)固度，需要對框架柱配筋進行調(diào)整。框架柱地震作用下，角柱等位置受到的扭轉(zhuǎn)作用力較強，雙向偏心作用下增加了扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，對內(nèi)力負面影響大，橫梁約束效果差、導(dǎo)致框架柱體的受危害程度過高。為此，需要加強不利方向的框架計算處理，提高其橫向配筋、縱向配筋的合理控制效果。針對配筋計算中，需要加強下述問題控制：在地震的影響之下，抗震墻端柱、角柱以及邊柱極易出現(xiàn)偏心受拉，就此柱內(nèi)縱筋總截面需超過計算值的25%；另外框架柱的配筋需根據(jù)實際情況增大至計算值的1.2～1.6倍，一般中柱需要增大至計算值的1.2倍，邊柱要增大至1.3倍，角柱要增大至1.4倍。

3 多層框架房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題分析

3.1 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)的抗震承載力進行驗算。但是在進行基礎(chǔ)設(shè)計時應(yīng)該要將風(fēng)荷載考慮進去。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。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。

3.2 基礎(chǔ)拉梁設(shè)計問題

多層框架房屋基礎(chǔ)埋深值大時，為了減小底層柱的計算長度和底層的位移?？稍凇?.000以下適當(dāng)，位置設(shè)置基礎(chǔ)拉梁。但不宜按構(gòu)造要求設(shè)置。宜按框架梁進行設(shè)計，并按規(guī)范規(guī)定設(shè)置箍筋加密區(qū)。但就抗震而言，應(yīng)采用短柱基礎(chǔ)方案。一般說來，當(dāng)獨立基礎(chǔ)埋置不深，或者埋置雖深但采用了短柱基礎(chǔ)時。由于地基不良或柱子荷載差別較大.或根據(jù)抗震要求，可沿兩個主軸方向設(shè)置構(gòu)造基礎(chǔ)拉梁?；A(chǔ)拉梁截面寬度可取柱中心距的1/20～l/30，高度可取柱中心距的l/12～1/18。構(gòu)造基礎(chǔ)拉梁的截面可取上述限值范圍的下限，縱向受力鋼筋可取所連接柱子的最大軸力設(shè)計值的10%作為拉力或壓力來計算，當(dāng)為構(gòu)造配筋，除滿足最小配筋率外，也不得小于上下各2Ⅱ14，配筋不得小于Ⅰ8～200。當(dāng)拉梁上作用有填充墻或樓梯柱等傳來的荷載時，拉梁截面應(yīng)適當(dāng)加大，算出的配筋應(yīng)和上述構(gòu)造配筋疊加。

3.3 結(jié)構(gòu)計算中幾個重要參數(shù)選取問題

從結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)經(jīng)驗可知，必須合理選擇相關(guān)參數(shù)。

（1）確定抗震等級很多房屋建筑的抗震設(shè)防都是丙類，比方說一些工民建建筑，其抗震等級應(yīng)該按照相關(guān)抗震規(guī)范進行烈度以及結(jié)構(gòu)類型設(shè)置；而一些電訊、交通以及醫(yī)療等公共建筑，則一般都屬于乙類建筑，應(yīng)該按照相關(guān)的抗震設(shè)防分類標準進行設(shè)置。不管是乙類建筑還是丙類建筑，在發(fā)生地震時都應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)防烈度進行計算。當(dāng)抗震設(shè)防烈度達到了6～8度時，乙類建筑的抗震措施就是在當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度的基礎(chǔ)上提高一度。比方說，乙類建筑的當(dāng)?shù)卦O(shè)防烈度為6度，則實際是按設(shè)防烈度為7度采取抗震構(gòu)造措施。

（2）地震力的振型組合數(shù)。多層建筑結(jié)構(gòu)，若不需要進行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算，其地震力的振型組合數(shù)不應(yīng)小于3；若振型組合數(shù)大于3，則應(yīng)該取3的倍數(shù)，但與小于建筑物的層數(shù)；若房屋層數(shù)少于3層，振型組合數(shù)就取層數(shù)。不規(guī)則的高層建筑，當(dāng)需要考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時，其振型數(shù)不應(yīng)小于9。建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)比較多或者其剛度變化較大時，其振型組合數(shù)應(yīng)越大，比如有轉(zhuǎn)換、小塔樓等建筑，其振型組合數(shù)不應(yīng)小于12，但是也不得多于3倍層數(shù)。我們一般可以采取振型參與質(zhì)量為總質(zhì)量的90%時所需要的振型數(shù)作為合適的振型數(shù)。在應(yīng)用SATWE等程序進行電算時，便可以將這種參與質(zhì)量的比值輸入進去。但是，有些設(shè)計人員重視程度不夠，往往比較隨意的選取振型數(shù)，這是不行的。另外，只有在建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)比較明顯時，才采用耦聯(lián)計算，若必要時還是需要補充非耦聯(lián)計算。

（3）結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)及框架——抗震墻等結(jié)構(gòu)，由于填充墻的存在，使結(jié)構(gòu)的實際剛度大于計算剛度，計算周期大于實際周期，因此，算出的地震剪力偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全，因而對結(jié)構(gòu)的計算周期進行折減是必要的，但對框架結(jié)構(gòu)的計算周期不折減或折減系數(shù)取得過大都是不妥當(dāng)?shù)?。對框架結(jié)構(gòu)，采用砌體填充墻時，周期折減系數(shù)可取0.6～0.7；砌體填充墻較少或采用輕質(zhì)砌塊時，可取0.7～0.8；完全采用輕質(zhì)墻體板材時，可取0.9。只有建筑隔墻無墻的純框架，計算周期才可以不折減。

4 結(jié)束語

由于當(dāng)下建筑功能及建筑造型逐漸趨于多樣化發(fā)展，從而導(dǎo)致當(dāng)前建筑設(shè)計工作中面臨著越來越多的難題，這對設(shè)計人員也提出了越來越高的要求。因此，多層框架房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)在嚴格根據(jù)各種有關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上，采取大膽、靈活的辦法及形式來對某些結(jié)構(gòu)設(shè)計中的難點問題加以處理，同時不斷地對其加以改進與優(yōu)化，以推動我國建筑行業(yè)的更快、更好發(fā)展。

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