丁愛民

湖南藍(lán)都工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司（415700）

綜合論述

鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)核心問題要議

丁愛民

湖南藍(lán)都工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司（415700）

這里從獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、框架簡圖設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)參數(shù)等問題出發(fā)，對鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了分析，深入挖掘了鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，對其設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了全面反思。

鋼筋混凝土；多層框架結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；核心問題

1 獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載取值問題

獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載選取時(shí)要依照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）中的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。我國鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中常選取柱下獨(dú)立基礎(chǔ)作為主體結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)計(jì)算中當(dāng)?shù)鼗芰Ψ秶鷥?nèi)不存在軟弱黏性土層或鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)高度低于25m時(shí),獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載不需要進(jìn)行抗震力的計(jì)算和檢驗(yàn)，只需要進(jìn)行風(fēng)荷載分析即可。在這種情況下，設(shè)計(jì)人員要依照混凝土多層框架房屋環(huán)境對其外部框架體系進(jìn)行構(gòu)建，依照計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)形成對應(yīng)計(jì)算模型，將風(fēng)荷載輸入到模型體系中，從而確定最終獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載取值。基礎(chǔ)頂面上獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載取值，主要由其內(nèi)角設(shè)計(jì)值確定，即軸力設(shè)計(jì)值和彎矩設(shè)計(jì)值。常規(guī)設(shè)計(jì)中人員經(jīng)常只選取單一設(shè)計(jì)值，這種狀況非常容易造成設(shè)計(jì)荷載取值偏小，造成結(jié)構(gòu)安全受到影響。因此，在取值過程中，設(shè)計(jì)人員要依照具體設(shè)計(jì)要求及環(huán)境狀況對軸力設(shè)計(jì)值和彎矩設(shè)計(jì)值進(jìn)行合理選取，進(jìn)行模擬檢驗(yàn)，從本質(zhì)上提升獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載取值的有效性和準(zhǔn)確性。

2 框架簡圖計(jì)算問題

框架簡圖是鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。在對框架簡圖進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員要對環(huán)境進(jìn)行全面把握，依照具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計(jì)計(jì)算。在無地下室的鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)框架中，獨(dú)立結(jié)構(gòu)一般位置較深，拉梁設(shè)置位置在-0.05m左右。在對框架簡圖進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要應(yīng)盡量按照層1框架輸入，由層1框架確定最終框架簡圖計(jì)算數(shù)據(jù)。例如，在3層鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)的學(xué)生宿舍樓框架簡圖設(shè)計(jì)計(jì)算中，建筑高3.3m，基礎(chǔ)高度0.8m，埋深4.0m，基礎(chǔ)拉梁深0.05m，室內(nèi)外高差0.45m，抗震等級二級，建筑場地為三類。該宿舍樓框架簡圖計(jì)算中的首層層高H1=3.15m；層2層高H2=3.35m；層3層高H3= 3.3m；層4層高H4=3.3m。得到層高數(shù)據(jù)后要對框架柱底層柱腳彎矩設(shè)計(jì)值進(jìn)行明確，在原設(shè)計(jì)值上乘以增大系數(shù)。

當(dāng)基礎(chǔ)埋深較淺時(shí)為了避免梁下部框架形成短柱，要將拉梁頂面標(biāo)高于基礎(chǔ)標(biāo)高保持一致。在數(shù)據(jù)選取過程中要在拉梁上部框架高度上加入一層層高，將其作為第一層計(jì)算高度。除此之外，還要對框架簡圖截面進(jìn)行明確，依照框架數(shù)據(jù)構(gòu)建電算程序系統(tǒng),對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行電算化處理，得到最終計(jì)算數(shù)據(jù)。

3 基礎(chǔ)拉梁層中的模型選取問題

鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要對基礎(chǔ)拉梁層模型進(jìn)行全面分析。只有充分把握好基礎(chǔ)拉梁層模型,房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能夠達(dá)到建設(shè)指標(biāo)。常規(guī)基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)過程中可以依照計(jì)算要求對其樓板進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，通過TAT或SATWE電算化程序?qū)A(chǔ)拉梁層數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，形成對應(yīng)模型體系。計(jì)算中可以將樓板厚度視為0，從其彈性節(jié)點(diǎn)著手，進(jìn)行總剛計(jì)算和分析，最終形成科學(xué)化基礎(chǔ)拉梁層模型。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還可以在分析過程中假設(shè)樓面剛性狀況對其進(jìn)行預(yù)判，依照剛性狀況及總剛分析結(jié)果對基礎(chǔ)拉梁層平面規(guī)則狀況進(jìn)行明確，從而提高鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效益。

4 基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)問題

基礎(chǔ)梁設(shè)計(jì)過程中要對其基礎(chǔ)埋深數(shù)據(jù)進(jìn)行全面把握，要保證埋深設(shè)計(jì)與應(yīng)力一致，防止影響拉梁穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)基礎(chǔ)埋深值較大時(shí)要盡量選取短柱基礎(chǔ)方案，在其±0.000以下設(shè)置基礎(chǔ)拉梁位置。在保證符合構(gòu)造要求的情況下，對基礎(chǔ)拉梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，構(gòu)建梁加固結(jié)構(gòu)，保證鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性，具體結(jié)構(gòu)見圖1。常規(guī)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)拉梁截面中心距可以選取為柱中心距的1/20左右，高度可以選取為1/12左右，且保證滿足最小配筋率。適當(dāng)情況下還可以對配筋進(jìn)行疊加，依照結(jié)構(gòu)構(gòu)造及短柱標(biāo)高確定配筋疊加數(shù)據(jù)。

圖1 梁加固平面結(jié)構(gòu)布置示意圖

5 框架結(jié)構(gòu)問題

在傳統(tǒng)鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員常在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置樓電梯小井筒。這種設(shè)計(jì)在很大程度上影響了框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對鋼筋混凝土多層框架房屋安全質(zhì)量具有一定的影響。樓電梯小井筒可以造成框架結(jié)構(gòu)地震剪力下降，加大鋼筋混凝土多層框架房屋施工難度。在施工過程中，設(shè)計(jì)人員需要設(shè)置隔墻，適當(dāng)進(jìn)行開洞、隔縫等，容易造成框架結(jié)構(gòu)剛性受到影響。因此,在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要避免設(shè)置樓電梯小井筒，通過鋼筋結(jié)構(gòu)代替小井筒，依照框架抗震等級及抗震要求確定框架配筋，構(gòu)建對應(yīng)框架結(jié)構(gòu)。在框架鋼筋結(jié)構(gòu)中的樓電梯及水箱間進(jìn)行設(shè)置時(shí)要對其框架承重進(jìn)行全面分析，依照墻體承重指標(biāo)確定該部分結(jié)構(gòu)框架承重系數(shù)。

6 結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)選取問題

6.1 結(jié)構(gòu)抗震等級參數(shù)選取

結(jié)構(gòu)抗震等級選取時(shí)要與鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)環(huán)境及功用一致。常規(guī)民用住宅、辦公樓等建筑主要為丙類抗震設(shè)防等級；交通、消防、醫(yī)療機(jī)構(gòu)等建筑主要為乙類抗震設(shè)防等級或甲類設(shè)防等級。設(shè)計(jì)人員要依照我國《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB50223-95）確定其進(jìn)展結(jié)構(gòu)類型，明確建筑抗震等級。確定抗震等級后，設(shè)計(jì)人員要對本區(qū)域抗震烈度進(jìn)行計(jì)算，依照抗震烈度適當(dāng)構(gòu)建對應(yīng)抗震等級防震措施。

6.2 結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)選取

結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)在選取時(shí)要與主體結(jié)構(gòu)一致，依照填充墻狀況對其系數(shù)進(jìn)行明確。當(dāng)鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)為砌體填充墻時(shí)折減系數(shù)為0.6～0.7，當(dāng)為部分輕質(zhì)砌塊填充墻時(shí)折減系數(shù)為0.7～0.8,當(dāng)為全部輕質(zhì)砌塊填充墻時(shí)折減系數(shù)為0.9。

6.3 梁、柱箍筋間距選取

鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中梁、柱箍筋間距要與《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)范間距一致。一般設(shè)計(jì)中，梁、柱箍筋加密區(qū)間距可以為100 mm左右，非加密區(qū)間距可以為200mm左右。在計(jì)算過程中設(shè)計(jì)人員要依照梁、柱箍筋體系及梁、柱結(jié)構(gòu)狀況對系統(tǒng)進(jìn)行明確,對數(shù)據(jù)進(jìn)行電算化計(jì)算，確定梁、柱箍筋直徑及數(shù)目。梁、柱箍筋直徑在加密區(qū)要高于非加密區(qū)，且保證高于最小構(gòu)造直徑2mm左右。梁體中心箍筋可以依照鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)需求對其密度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

6.4 地震力振型組合數(shù)選取

地震力振型組合數(shù)主要與鋼筋混凝土多層框架房屋高度有關(guān)。當(dāng)房屋為高層建筑時(shí)其組合數(shù)可以選取為3，而建筑層數(shù)低于2時(shí)，其組合數(shù)可以與層數(shù)保持一致。除與鋼筋混凝土多層框架房屋高度有關(guān)外，地震力振型組合數(shù)在一定程度上還受房屋結(jié)構(gòu)及總剛的影響。在不規(guī)則鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)中，當(dāng)扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)存在時(shí)其振型組合數(shù)可以選為9或高于9，當(dāng)房屋結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生突變時(shí)其振型組合數(shù)要盡量多選，一般要高于12，但不可以超過房屋層數(shù)的3倍。我國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確指出，振型組合數(shù)要與建筑結(jié)構(gòu)一致，常規(guī)振型個(gè)數(shù)要達(dá)到總質(zhì)量90%的振型數(shù)。計(jì)算振型數(shù)時(shí)，可以從電算化體系出發(fā)，由電算體系進(jìn)行耦聯(lián)及非耦聯(lián)計(jì)算，提升振型組合數(shù)選取的準(zhǔn)確性。

7 總結(jié)

作為我國建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果直接影響著建筑安全效益，影響著建筑使用質(zhì)量，已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。我國鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)起步較晚，設(shè)計(jì)內(nèi)容還不完善，框架結(jié)構(gòu)中還存在一些問題，這在很大程度上限制了我國多層框架房屋結(jié)構(gòu)的發(fā)展。從設(shè)計(jì)核心問題著手提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果，加大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析力度已經(jīng)成為鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究工作中的重中之重。

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