論多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計

論多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計本文從多層建筑的角度出發(fā)，分析了多層鋼筋混凝土鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題，通過分析起設(shè)計的要點和方法，明確了多層鋼筋混泥土鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要方向。

TU37文獻標(biāo)識碼：A

前言

一般來說，多層建筑建設(shè)中，混凝土結(jié)構(gòu)使用是最為常見的，因此，分析混凝土框架結(jié)構(gòu)在多層建筑中的設(shè)計問題也是非常有必要的，是提高多層建筑建設(shè)質(zhì)量的前提。

一常見的多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系類型

1.框架結(jié)構(gòu)由梁和柱組成的結(jié)構(gòu)單元稱為框架；全部豎向荷載和側(cè)向荷載由框架承受的結(jié)構(gòu)體系。

2.框架—剪力墻結(jié)構(gòu)由框架和剪力墻共同承受豎向荷載和側(cè)向荷載。

3.板—柱及板柱—剪力墻結(jié)構(gòu)。板柱結(jié)構(gòu)是指鋼筋混凝土無梁樓板和柱組成的結(jié)構(gòu)。在板柱結(jié)構(gòu)中設(shè)置剪力墻或?qū)?、電梯間做成鋼筋混凝土筒，就成為板柱—剪力墻結(jié)構(gòu)。

二鋼筋混凝土的性質(zhì)特點及工作原理

鋼筋混凝土又稱鋼筋砼，先用鐵絲將鋼筋固定成想要的形狀結(jié)構(gòu)，然后在鋼筋骨架外覆蓋模板，再將混凝土澆灌進去，進過護養(yǎng)達到強度標(biāo)準(zhǔn)后再拆模，得到的就是鋼筋混凝土?；炷两Y(jié)構(gòu)具有抗壓強度和抗拉強度，但它的抗壓強度則是抗拉強度的十倍，所以在抗拉強度上的“弱勢”很容易導(dǎo)致它的結(jié)構(gòu)遭到破壞。因為鋼筋具有強勁的抗拉力強度所以與混凝土的結(jié)合它們各自承擔(dān)不同的功能使鋼筋混凝土發(fā)揮了它的有效作用。

鋼筋混凝土的工作原理主要表現(xiàn)在以下幾個方面。因為鋼筋具有獨特的抗拉力強度，而混凝土具有較強的抗壓力特性，所以兩者相結(jié)合形成的鋼筋混凝土才能夠具有較好的延展性和較大的強度的優(yōu)良特性。第一，鋼筋和混凝土有著相近的線膨脹系數(shù)，不會因為環(huán)境的改變而產(chǎn)生過大的應(yīng)力；第二，混凝土中的氫氧化鈣能夠提供堿性環(huán)境，這樣在鋼筋的表面就會形成一層鈍化的保護膜，讓其在相對中性和酸性的環(huán)境下更加不易被腐蝕。第三，鋼筋和混凝土之間有較好的黏結(jié)力，有時將鋼筋表面做成肋條狀就是為了鋼筋和混凝土之間的咬合程度。

三多層建筑鋼筋混凝土的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)底層的設(shè)計

沒有地下室的多層鋼筋混凝土建筑，獨立基礎(chǔ)埋置的位置較深，底層計算高度過大，位移指標(biāo)難以控制，且柱配筋不經(jīng)濟，故一般在-0.05m處設(shè)一層拉梁，按照一個結(jié)構(gòu)層來輸入。例如，某工程項目要求三層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，丙類建筑，Ⅱ類建筑場地；3.3m層高，基礎(chǔ)埋深4.0m，0.8m基礎(chǔ)高，室內(nèi)外高差0.45m。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第6.1.2條，在Ⅶ度地震區(qū)該工程框架結(jié)構(gòu)的抗震等級應(yīng)為為三級。按三層框架房屋計算，第一層取3.35m高，基礎(chǔ)按照中心受壓來計算，顯然這樣的選擇是有欠妥當(dāng)?shù)?。因為根?jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)第7.3.11條規(guī)定，框架結(jié)構(gòu)底柱的高度應(yīng)取基礎(chǔ)頂面至首層樓蓋頂面的高度。而上述構(gòu)造所設(shè)計拉梁是無法平衡柱腳彎矩的。根據(jù)工程設(shè)計的經(jīng)驗來看，這樣的框架結(jié)構(gòu)最好是按照四層來進行整體的分析計算，就是將-0.05m處的拉梁作為一個結(jié)構(gòu)層來輸入，若在拉梁上有應(yīng)力荷載，應(yīng)一并載入。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第6.2.3條，框架柱底層柱腳彎矩設(shè)計值應(yīng)乘以增大系數(shù)1.3。因此，在設(shè)計拉梁層的時候，一般來說要比較底層柱的配筋是由基礎(chǔ)拉梁頂面的截面來控制，還是由基礎(chǔ)頂面的截面控制。另外，考慮到地基土的約束作用，對于這樣的設(shè)計而言，在電算程序總信息的輸入中可將地下室層數(shù)設(shè)為1，并重復(fù)計算一次，再按照兩次計算結(jié)果的包絡(luò)圖來進行框架結(jié)構(gòu)底層柱的設(shè)計。

2.多層框架房屋基礎(chǔ)拉梁的設(shè)計

一般情況下，當(dāng)獨立基礎(chǔ)的埋深值不大，或者雖然埋深值較大但采用了類似高杯口基礎(chǔ)時，可視具體要求沿主軸的兩個方向來設(shè)置構(gòu)造基礎(chǔ)拉梁。設(shè)計時，基礎(chǔ)拉梁截面的寬度可取柱中心距的1／20～1／30，高度可取柱中心距的1／12～1／18。當(dāng)拉梁上承受樓梯柱或者填充墻傳來的應(yīng)力荷載時，應(yīng)適當(dāng)加大拉梁截面，此時拉梁層可以不建入模型參與結(jié)構(gòu)計算，但應(yīng)將拉梁荷載導(dǎo)入基礎(chǔ)計算。

3.多層框架結(jié)構(gòu)中樓梯、電梯的小井筒設(shè)計

在多層建筑的框架結(jié)構(gòu)中，應(yīng)該盡量避免設(shè)置鋼筋混凝土的樓梯、電梯小井筒，因為鋼筋混凝土的小井筒的存在會減少框架結(jié)構(gòu)能承擔(dān)的地震剪力，并且小井筒下的基礎(chǔ)設(shè)計也具有較高的難度，因此在設(shè)計中通常采用構(gòu)造柱夾砌體材料做填充墻形成隔墻。

必須設(shè)計為鋼筋混凝土小井筒時，井筒的墻壁厚度應(yīng)當(dāng)減少，并進進行剛度弱化（可采取開豎縫、開結(jié)構(gòu)洞等辦法）；配筋也只能配置少量單排鋼筋，消弱小井筒的作用。

設(shè)計計算時，除了按照框架確定抗震等級計算外，還要按照帶井筒的框架來進行復(fù)核，并加強與井筒墻體相連的柱子的配筋。

4.多層建筑中鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)計算的注意事項

①基礎(chǔ)拉梁層計算模型的選定

在選用TAT或者SATWE等程序進行框架整體計算時，對于基礎(chǔ)拉梁層無樓板的情況，應(yīng)取0作為樓板厚度，并定義彈性樓板，采用總綱分析方法進行分析計算。否則程序分析時自動按照剛性樓面來進行計算，這樣一來便與實際情況不相符，在設(shè)計過程中要特別注意這一點。

②多層建筑框架結(jié)構(gòu)的抗震等級

在工程設(shè)計中，多數(shù)房屋建筑分屬于丙類建筑（如民用住宅、辦公樓、一般工業(yè)建筑等），其抗震等級可參考《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》表6.1.2來確定。而對于交通、通訊、消防、醫(yī)療等類型的建筑以及大型體育場館、大型商場、科技展廳、電影院等公共建筑，可首先根據(jù)GB50223-2010《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》來確定那些建筑屬于哪些類別。丙類建筑的地震作用均按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度計算；乙類建筑在一般情況下當(dāng)抗震設(shè)防烈度為Ⅵ～Ⅷ度時，抗震措施應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高I度的要求。

③地震力的振型組合數(shù)

對于多層建筑而言，當(dāng)不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算時，地震力的振型組合數(shù)至少要取3；當(dāng)振型數(shù)多于3時，應(yīng)取3的倍數(shù)，但不能多于層數(shù)X3；而房屋層數(shù)≤2時，則振型數(shù)可取層數(shù)層數(shù)X3。

對于多層建筑不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時振型數(shù)要取≥9。若是結(jié)構(gòu)層數(shù)較多或者結(jié)構(gòu)剛度突變較大，振型數(shù)應(yīng)多取。

四多層框架設(shè)計需注意的事項

1.多層框架民用建筑基礎(chǔ)設(shè)計的注意事項

首先，結(jié)構(gòu)設(shè)計師要認真閱讀地質(zhì)報告，在認真把握的基礎(chǔ)上，要正確的使用地質(zhì)報告，并要對報告中的內(nèi)容進行考察和判斷，這樣可以幫助把建筑場地的地質(zhì)條件和民用建筑的具體情況結(jié)合起來。其次，在滿足多層框架民用建筑的承載力要求下，應(yīng)該采用經(jīng)濟性較強的淺基礎(chǔ)，需要綜合考慮地質(zhì)情況和建筑的結(jié)構(gòu)、類型和承載力等來實現(xiàn)經(jīng)濟和穩(wěn)定的結(jié)合。再者，多層框架的民用建筑要采用獨立的基礎(chǔ)或者條形的基礎(chǔ)，這要考慮基礎(chǔ)的承載力來確定基礎(chǔ)的面積，然后進行設(shè)計電算，另外還要符合相關(guān)規(guī)定的構(gòu)造結(jié)構(gòu)。最后，在處理地基時，要運用合理、科學(xué)的地基處理手段，要做到符合力學(xué)等相關(guān)的基本理論以及基本實際的當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗相結(jié)合。

2.多層框架民用建筑上部設(shè)計的注意事項

首先，在抗震設(shè)防地區(qū)，應(yīng)注意遵循強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點強錨固的設(shè)計原則，形成延性框架。恰當(dāng)?shù)倪\用“強柱弱梁”的原則可以節(jié)約費用，做到經(jīng)濟實惠；還可以使樓層的凈空高度得到加大；來提高建筑的整體剛度。其次，在框架梁的配筋設(shè)計上，主要在主梁和次梁之間相交的地方要增加箍筋和吊筋來保證穩(wěn)定性。當(dāng)梁端的縱向受拉鋼筋的配筋率大于2%時，要加大箍筋的最小直徑到至少2mm，結(jié)構(gòu)設(shè)計師不能忽視這個問題，要根據(jù)實際情況及時的調(diào)整，這也不代表在進行框架計算時荷載取值并不是越大越好，要結(jié)合各種具體的情況來進行設(shè)計計算等。最后，在現(xiàn)澆樓板設(shè)計中的注意事項是：由于樓板通常包括單向板和雙向板，在普遍情況下，可以運用次梁把樓板變?yōu)殡p向板的結(jié)構(gòu)，保證整體的受力合理，配筋的均勻等，雙向板的厚度一般要薄于單向板。

結(jié)束語

綜上所述，