朱朝勇

【摘要】多層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常常采用框架結(jié)構(gòu)體系。本文結(jié)合筆者多年來的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐，參考相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)程，分析了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中框架結(jié)構(gòu)的幾個(gè)常見問題，提出相應(yīng)措施。

【關(guān)鍵詞】多層建筑；框架結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以給建筑設(shè)計(jì)一個(gè)靈活的平面設(shè)計(jì)，而且使用空間大，延性較好，比較容易滿足建筑設(shè)計(jì)對(duì)房間布置的要求，同時(shí)框架結(jié)構(gòu)自重較輕。因此框架結(jié)構(gòu)形式是目前應(yīng)用最為廣泛的建筑結(jié)構(gòu)形式之一，住宅小區(qū)、辦公樓、教學(xué)樓以及商業(yè)建筑中經(jīng)?？吹酱祟惤ㄖY(jié)構(gòu)體系。

框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則是剛?cè)岵?jì)的結(jié)構(gòu)體系，多道抗震防線，“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)錨固。在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，要求設(shè)計(jì)師把握好結(jié)構(gòu)方案，并且要求滿足承載力、變形、裂縫、撓度等是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的基本設(shè)計(jì)原則。

雖然框架結(jié)構(gòu)形式相對(duì)簡(jiǎn)單，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中依然有較多的問題，而且建筑設(shè)計(jì)對(duì)建筑造型以及建筑功能的要求都越來越高，框架結(jié)構(gòu)在近年來的強(qiáng)震中很多倒塌或者存在較大程度的損毀，證明現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)中依然存在較多問題。

1、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中注意的一些問題

1.1模擬施工次序的問題

目前在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中，施工模擬3是常采用的施工模擬方法，它采用的是分層加載以及分層剛度的模型，假定每個(gè)樓層加載的時(shí)候，下部樓層已施工完成，并且該層加載時(shí)下部無變形，下面各層的受力變形不會(huì)影響到本層及上部各層，該層的受力和位移變形主要由本層及其以上各層的受力和剛度來決定。優(yōu)點(diǎn)是避開了一次加載常見的梁受力異常的現(xiàn)象，它的問題是難于應(yīng)對(duì)一些復(fù)雜的施工情況。首先是帶轉(zhuǎn)換層的框架結(jié)構(gòu)，一般的實(shí)際施工情況是轉(zhuǎn)換層和它上面的2層共同作為一個(gè)施工次序來施工，而采用施工模擬荷載3造成了轉(zhuǎn)換梁的受力計(jì)算的不正確，造成轉(zhuǎn)換梁的彎矩和剪力比實(shí)際情況大。然后是出現(xiàn)抽柱和懸挑的樓層，實(shí)際中往往是將該層與它下面緊鄰樓層一起施工，施工模擬荷載3同樣不能做到這樣的設(shè)定，造成懸挑梁計(jì)算不正確。

1.2基礎(chǔ)底面積的確定問題

框架結(jié)構(gòu)多采用獨(dú)立基礎(chǔ)，在確定基礎(chǔ)底面積的時(shí)候，一些設(shè)計(jì)人員采用satwe計(jì)算書中“底層墻柱最大組合內(nèi)力”進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)方法對(duì)于柱下獨(dú)立基礎(chǔ)而言，即使是采用最大組合內(nèi)力計(jì)算，依然是偏于不安全的。影響?yīng)毩⒒A(chǔ)底面積大小的主要因素為軸力和彎矩。在各種內(nèi)力組合中，某種內(nèi)力很大時(shí)，其他內(nèi)力可能很小，如最大軸力對(duì)應(yīng)彎矩和剪力有可能偏小，由這種組合并不一定是最不利組合，而較小軸力所對(duì)應(yīng)的彎矩和剪力有可能很大，這樣的組合有可能是最不利組合。而對(duì)于柱下聯(lián)合基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)等整體性基礎(chǔ)，其計(jì)算結(jié)果也不合理。

1.3底層柱計(jì)算長度的確定

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]規(guī)定：一般多層房屋底層柱的計(jì)算長度中H取基礎(chǔ)頂面到一層樓蓋頂面的高度。當(dāng)基礎(chǔ)埋置較深時(shí)，一般在正負(fù)零標(biāo)高附近設(shè)置基礎(chǔ)連系梁，以增加建筑底部結(jié)構(gòu)的整體性，減小結(jié)構(gòu)的水平位移。將基礎(chǔ)連系梁以下的部分看作底層，此時(shí)的H值取基礎(chǔ)頂面至連系梁頂面的高度，而把實(shí)際建筑的底層作為第二層考慮，層高H取連系梁頂層至一層樓面高度，這在框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中經(jīng)常被忽略。

1.4框架填充墻設(shè)置的問題

填充墻的豎向以及平面布置均是框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中的需要特別注意的地方，填充墻設(shè)置不當(dāng)引起的震害事故，在地震中有不少的案例記錄。某些房屋為滿足底部功能需要大空間，使上部填充墻多于下部填充墻，形成上柔下剛的結(jié)構(gòu)體系，在地震中破壞嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)下部完全破壞上部完好的情況；某些房屋填充墻偏置于房屋的一側(cè)或者一側(cè)過多，另一側(cè)過少，結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及剛度重心偏置，造成地震作用時(shí)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，引起框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力的增加；框架柱子之間嵌砌的整開間的窗臺(tái)填充墻，實(shí)際上會(huì)減少柱子的凈高，有可能使框架柱形成短柱，而在地震中，上部短柱形成剪切裂縫，填充墻可能吸收部分地震能量，使兩端框架柱的受力更大。而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，這些情況往往都會(huì)忽略，造成框架結(jié)構(gòu)在地震中的破壞。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中如果忽略填充墻參與抗震作用，僅僅只考慮框架梁柱的剛度，就會(huì)造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震作用下承受的作用力大于計(jì)算，降低了結(jié)構(gòu)的安全度。當(dāng)按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定，考慮填充墻的數(shù)量確定結(jié)構(gòu)的周期折減系數(shù)，放大地震作用，可以消除此項(xiàng)隱患，但是，框架部分卻承擔(dān)了全部的地震作用，不考慮填充墻的抗側(cè)剛度，這樣也會(huì)降低整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)。

2、相應(yīng)措施探討

本文提出以上問題均是在近年來框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)遇到的一些問題，對(duì)于模擬施工荷載的問題，應(yīng)采用可以讓用戶自定義施工順序的軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核，正確計(jì)算轉(zhuǎn)換層轉(zhuǎn)換梁的實(shí)際受力情況，正確計(jì)算懸挑樓層懸挑梁的實(shí)際受力情況；對(duì)于基礎(chǔ)底面積的確定問題，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用JCCAD讀取SATWE的荷載對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，程序可以自動(dòng)根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定組合內(nèi)力進(jìn)行基礎(chǔ)相關(guān)計(jì)算。若不采用此方法，宜采用首層內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值中輸出的各個(gè)荷載（重力荷載、風(fēng)荷載、地震作用）分別下的作用力標(biāo)準(zhǔn)值，再按規(guī)范的內(nèi)力組合原則，對(duì)框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)進(jìn)行手工計(jì)算；對(duì)于框架底層柱計(jì)算長度的確定問題，應(yīng)當(dāng)分帶基礎(chǔ)連系梁和不帶基礎(chǔ)連系梁模型，分別對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算并包絡(luò)設(shè)計(jì)；而框架結(jié)構(gòu)填充墻的設(shè)置，應(yīng)該做到平面和豎向布置要做到均勻和對(duì)稱，避免出現(xiàn)抗側(cè)剛度偏心導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)，同時(shí)采取措施減少上下層的剛度差異，同時(shí)對(duì)設(shè)置窗間墻造成框架結(jié)構(gòu)短柱注意加強(qiáng)抗震構(gòu)造措施，同時(shí)，填充墻盡量采用輕質(zhì)隔墻，以減少結(jié)構(gòu)的地震作用。

結(jié)語：

框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是目前應(yīng)用最為廣泛的建筑結(jié)構(gòu)形式之一，雖然形式相對(duì)簡(jiǎn)單，但是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中依然有較多的問題，本文提出了一些近年來筆者在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的一些新問題，并提出處理措施建議。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要，建筑造型和建筑功能對(duì)結(jié)構(gòu)要求的進(jìn)一步提高，結(jié)構(gòu)難題也越來越多，這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不僅要求有良好的結(jié)構(gòu)概念，同時(shí)要有大膽，靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，才能設(shè)計(jì)出即安全又出色的建筑。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50010一2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]王長軍.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)理念[J]. 煤炭工程，2010，（07）.

[3]黃靚，施楚賢，熊輝.帶砌體填充墻結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性質(zhì)疑[J].建筑結(jié)構(gòu)。2005，35（3）：57—65.