多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾點研究

1、多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾點研究    【摘要】本文針對建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時的常見問題進(jìn)行簡要分析和探討，并提出相應(yīng)的具體解決措施，主要包括基礎(chǔ)系梁的設(shè)置問題、框架結(jié)構(gòu)薄弱層的判定與處理、樓板開大洞結(jié)構(gòu)計算注意問題、框架梁柱偏心問題、短柱問題以及應(yīng)用平法圖集須注意的問題。 【關(guān)鍵詞】多層建筑框架，結(jié)構(gòu)設(shè)計，問題，措施 中圖分類號：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： 一、前言 結(jié)構(gòu)設(shè)計中，多層建筑框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計比較基礎(chǔ)，也是較為重要和常見的一種結(jié)構(gòu)形式。實際的設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)相關(guān)的規(guī)范要求進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計，當(dāng)然其中不可避免將遇到各式各樣的問題，這些都值

2、得結(jié)構(gòu)設(shè)計人員進(jìn)行探討、分析和研究。 二、常見問題和相應(yīng)措施 多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中最常見同時也是最關(guān)鍵的問題，如下所述： 1.基礎(chǔ)系梁的設(shè)置問題 當(dāng)基礎(chǔ)埋置深度較深時，可用基礎(chǔ)系梁減少底層柱的計算長度。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)當(dāng)按短柱處理。如果工程條件符合相關(guān)規(guī)定，應(yīng)當(dāng)設(shè)基礎(chǔ)系梁。為滿足抗震要求，可以沿著兩個主軸方向設(shè)構(gòu)造基礎(chǔ)系梁。對于構(gòu)造基礎(chǔ)系梁縱向受力鋼筋，可以按照連接柱的最大軸力設(shè)定值的10%，按拉力或者壓力進(jìn)行計算。如果是構(gòu)造配筋，應(yīng)當(dāng)滿足最小配筋率。 如果基礎(chǔ)系梁上作用有來自填充墻或樓梯柱等的荷載，應(yīng)該和所連接柱子的最大軸力設(shè)定值的10%進(jìn)行疊加計算?；A(chǔ)系梁

3、截面也應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)卦黾樱嬎愠鰜淼呐浣?，?yīng)當(dāng)充分滿足受力要求以及構(gòu)造配筋要求。對于構(gòu)造基礎(chǔ)系梁頂標(biāo)高，它一般都和基礎(chǔ)頂標(biāo)高保持一致。為了使基礎(chǔ)系梁計算跨度減少，可以采取把基礎(chǔ)梁下和獨立基礎(chǔ)臺階或者錐形斜坡間的那些空隙部分，用素混凝土澆筑，直到和基礎(chǔ)頂面保持平齊，然后再進(jìn)行基礎(chǔ)系梁的澆筑。 當(dāng)用基礎(chǔ)系梁平衡柱底彎矩時，其截面尺寸和配筋，需要按照框架梁來設(shè)計。拉梁正彎矩鋼筋，應(yīng)當(dāng)全部都拉通，而負(fù)彎矩鋼筋則至少應(yīng)該在二分之一跨拉通，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)當(dāng)和上部框架梁保持一致，而且此時拉梁應(yīng)當(dāng)設(shè)在基礎(chǔ)頂部。 總之，不設(shè)基礎(chǔ)系梁時，填充墻可用素混凝土條形基礎(chǔ)。設(shè)

4、基礎(chǔ)拉梁時，可以設(shè)在框架柱間，不在框架柱間的墻體基礎(chǔ)則可以使用素混凝土基礎(chǔ)。 2.對框架結(jié)構(gòu)薄弱層的判定和處理 所謂薄弱層，就是強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的彈塑性位移的那些部位，它們承載力需要滿足抗震承載力要求，在地震烈度不小于7度的地區(qū)才會發(fā)生。 有三種方式可判斷薄弱層，分別是個人指定、計算判定以及強(qiáng)制認(rèn)定。在PKPM的SATWE軟件里，可以根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定或是技術(shù)人員的個人經(jīng)驗，直接指定薄弱層，此為個人指定。軟件計算時，當(dāng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度出現(xiàn)不規(guī)則現(xiàn)象，某層的抗側(cè)移剛度比相鄰上一層的70%小，或比其上相鄰三個樓層側(cè)向剛度平均值的80%小，或是樓層承載力發(fā)生突變，軟件將自動指定該層為薄弱層

5、，此為計算判定。當(dāng)結(jié)構(gòu)存在轉(zhuǎn)換層，也就是豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，不管該層剛度或樓層承載力如何，該層都將被強(qiáng)制認(rèn)為薄弱層，此為強(qiáng)制認(rèn)定。 薄弱層不利于抗震，建筑中原則上應(yīng)當(dāng)避免薄弱層的存在，最基本的辦法是加大該層的抗側(cè)移剛度，也就是加大這層的柱截面或者梁截面。在條件允許下，可通過改變該層的層高或是減少基礎(chǔ)埋置的深度來實現(xiàn)。 如果薄弱層無法避免，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算和出圖時需要嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定，針對具體情況，采取相應(yīng)的措施，除了對薄弱層地震剪力乘以1.15倍的放大系數(shù)外，還應(yīng)當(dāng)驗算結(jié)構(gòu)的樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)。應(yīng)當(dāng)對結(jié)構(gòu)也進(jìn)行彈塑性變形驗算。不符合要求的話，應(yīng)當(dāng)及時調(diào)整結(jié)構(gòu)布置。 3.樓板開大洞結(jié)構(gòu)計算時應(yīng)注意

6、的問題 樓板開洞的結(jié)構(gòu)比較普通，如果開洞面積大于該層樓面面積的30%，就屬于平面不規(guī)則，計算時必須進(jìn)行處理。以PKPM軟件為例，TAT和SATWE分別采用了兩種方式處理。TAT軟件中，無樓板的節(jié)點被定義為彈性節(jié)點，該節(jié)點。即梁柱交點，不受剛性樓板假定的限制，其平動自由度獨立。SATWE軟件中，所有樓板被定義為彈性膜，軟件真實計算樓板的平面內(nèi)剛度，對樓板的片面外剛度則忽略處理。當(dāng)某層洞口面積為樓層面積的30%以上時，應(yīng)當(dāng)把全樓所有樓板都定義為彈性膜，或者也可以不考慮樓板的剛度，把該層洞口邊緣節(jié)點定義為彈性節(jié)點，當(dāng)屋面是鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架時，應(yīng)當(dāng)輸入板厚，將其定義為彈性膜，真實計算樓板的平面內(nèi)剛度，這樣和

7、實際比較相符。 對彈性節(jié)點或彈性膜進(jìn)行正確定義后，后續(xù)計算中應(yīng)嚴(yán)格按照總剛計算法進(jìn)行計算，要不然，側(cè)剛度計算法仍會按照剛性樓板，對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和配筋進(jìn)行計算。此點，需要特別注意。 4.框架梁柱偏心問題 實踐工程中，出于建筑專業(yè)需要，外墻和柱邊需保持平齊，就容易出現(xiàn)框架梁柱偏心問題，可供選擇的措施有2個：要么設(shè)挑耳，要么與柱偏心。選擇前者，可保證框架梁和框架柱中心保持對齊，有利于梁和柱受力，但容易導(dǎo)致填充墻的構(gòu)造柱下部和上部縱筋難以錨固。若選擇后者，地震作用下容易引起梁柱節(jié)點核芯區(qū)受剪面積嚴(yán)重不足，柱易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。所以，針對外框架梁，建議采用設(shè)挑耳解決外填充墻偏心。 5.短柱問題 框架結(jié)構(gòu)中的所謂

8、短柱，其柱凈高與柱截面高度比不大于4，或者剪跨比不大于2。地震作用容易導(dǎo)致短柱的脆性破壞。短柱的受剪承載力和變形能力，嚴(yán)重不足，容易引發(fā)建筑物嚴(yán)重破壞，設(shè)計時需要盡可能避免短柱。 短柱的形成成因主要有兩個：一是樓梯間的半休息平臺或者結(jié)構(gòu)局部錯層，導(dǎo)致兩個框架梁間的框架柱凈高比較??；二是填充墻的設(shè)置不正確，造成某層的框架柱的兩側(cè)中一部分沒有填充墻，另部分有填充墻，而沒有填充墻的那側(cè)，柱凈高與柱截面之比通常不大于4，從而形成短柱。 可以通過增加柱的抗剪承載力、改善變形能力，來處理短柱。通常情況下，使用復(fù)合箍筋，箍筋沿全高加密，可以保證短柱的縱向鋼筋形成對稱布置。 6.使用平法圖集時應(yīng)當(dāng)注意的問題

9、應(yīng)用圖集時應(yīng)當(dāng)注意以下幾個問題。 一是框架柱，若用剖面列表法來表示配筋，應(yīng)當(dāng)注意每一層的樓面標(biāo)高以下的箍筋加密區(qū)的長度，必須是框架梁高和規(guī)范要求的箍筋加密區(qū)長度之和，規(guī)范要求的加密區(qū)長度在1/6柱凈高、柱截面高度、500mm三個數(shù)值中取較大值。由于PKPM軟件出圖的時候，加密區(qū)長度并沒有把梁高包含在內(nèi)，容易造成施工錯誤，導(dǎo)致箍筋加密區(qū)的高度不夠。 二是一層建筑地面，在澆筑主體結(jié)構(gòu)澆筑結(jié)束之后才開始施工，若一層地面是剛性地面，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，柱箍筋應(yīng)當(dāng)在剛性地面上下各500mm范圍內(nèi)進(jìn)行加密，而這一點容易被忽視，設(shè)計圖紙中最好對此有明確交待。 三是當(dāng)梁截面過于小，或者承載力比較大的時候，框架梁如果

10、需要設(shè)置三排縱筋的話，建議可以對梁截面或是縱筋直徑進(jìn)行調(diào)整，改為兩排。如果沒有采取此種措施，那么對于第三排縱筋的外伸長度，應(yīng)當(dāng)做出明確交待。 三、結(jié)束語 以上幾條都是在進(jìn)行多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中較常遇到的基本問題，實踐工作中當(dāng)然會遇到更多的問題，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)仔細(xì)分析，根據(jù)相關(guān)規(guī)范采取適當(dāng)解決措施。在進(jìn)行多層建筑框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)首先判斷此結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的可行性，預(yù)測可能出現(xiàn)的問題，并提前采取措施，所有的計算結(jié)構(gòu)都應(yīng)當(dāng)認(rèn)真分析、準(zhǔn)確判斷，然后才能應(yīng)用到實際工程項目中。 參考文獻(xiàn)： 1陳家榮 論述多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計及框架結(jié)構(gòu)的問題 期刊論文 城市建設(shè) 2010 2張瑞強(qiáng) 對多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中幾個問題的理解 期刊論文 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì) 2