許智豪

摘要：近年來，多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的框架結(jié)構(gòu)得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，研究其過程中的問題與處理有著重要意義。本文首先介紹了框架結(jié)構(gòu)在多層建筑結(jié)構(gòu)中的優(yōu)越性，并結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分別從基礎(chǔ)系梁的設(shè)置、對(duì)框架結(jié)構(gòu)薄弱層的判定和處理，以及樓板開大洞結(jié)構(gòu)的計(jì)算等多方面，研究了多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題和相應(yīng)措施、

關(guān)鍵詞：多層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；框架結(jié)構(gòu)；問題；處理

前言

作為多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要模式，框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)不言而喻。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升對(duì)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的分析與掌控力度，從而通過合理化的措施與方法，進(jìn)一步優(yōu)化其在實(shí)際應(yīng)用中的整體效果。

一、框架結(jié)構(gòu)在多層建筑結(jié)構(gòu)中的優(yōu)越性

一般來說，框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)便、科學(xué)，同時(shí)由于不再是傳統(tǒng)的磚墻承載樓板等的荷載力，使得墻體的布置有了空前的靈活性和可變性，這對(duì)于一些大空間需求的建筑來說是大有裨益的，空間不再受限于傳統(tǒng)的墻體，功能也不再需要去滿足于結(jié)構(gòu)，而是反過來結(jié)構(gòu)去服務(wù)于空間、滿足于空間。構(gòu)架結(jié)構(gòu)不僅僅只是以上提出的優(yōu)點(diǎn)，其中還存在很多的缺點(diǎn)，例如：框架節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力比較集中、框架結(jié)構(gòu)屬于柔性的、框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度較小等缺點(diǎn)，在地震發(fā)生的時(shí)候，框架結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生水平位移的移動(dòng)，移動(dòng)的幅度較大就會(huì)造成結(jié)構(gòu)上的破壞，鋼材和水泥用量較大，構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)和桿件總數(shù)量多，接頭工作量大，工序多，浪費(fèi)人力，施工受季節(jié)、環(huán)境影響較大；框架是由梁柱構(gòu)成的桿系結(jié)構(gòu)，其承載力和剛度都較低，特別是水平方向的（即使可以考慮現(xiàn)澆樓面與梁共同工作以提高樓面水平剛度，但也是有限的），它的受力特點(diǎn)類似于豎向懸臂剪切梁，其總體水平位移上大下小，但相對(duì)于各樓層而言，層間變形上小下大，設(shè)計(jì)時(shí)如何提高框架的抗側(cè)剛度及控制好結(jié)構(gòu)側(cè)移為重要因素，目前來看，鋼筋混凝土框架中，由于其高度較大、層數(shù)又較多，其底部各層的柱的軸力很大，而且梁和柱由水平荷載所產(chǎn)生的彎矩和整體的側(cè)移亦顯著增加，從而造成了截面尺寸和配筋的不斷增大，在建筑平面的空間處理與布置方面就會(huì)造成嚴(yán)重的影響，在一定程度上造成建筑空間的不合理性以及材料浪費(fèi)、造價(jià)不合理等問題。

二、多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題和相應(yīng)措施

1.基礎(chǔ)系梁的設(shè)置問題

當(dāng)基礎(chǔ)埋置深度較深時(shí)，可用基礎(chǔ)系梁減少底層柱的計(jì)算長(zhǎng)度。系梁宜按一層框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)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(gè)主軸方向設(shè)構(gòu)造基礎(chǔ)系梁。對(duì)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(jì)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(jì)算。基礎(chǔ)系梁截面也應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)卦黾?，?jì)算出來的配筋，應(yīng)當(dāng)充分滿足受力要求以及構(gòu)造配筋要求。對(duì)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(jì)算跨度減少，可以采取把基礎(chǔ)梁下和獨(dú)立基礎(chǔ)臺(tái)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(shí)，其截面尺寸和配筋，需要按照框架梁來設(shè)計(jì)。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(shí)拉梁應(yīng)當(dāng)設(shè)在基礎(chǔ)頂部。

2.對(duì)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(huì)發(fā)生。

有三種方式可判斷薄弱層，分別是個(gè)人指定、計(jì)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(gè)人經(jīng)驗(yàn)，直接指定薄弱層，此為個(gè)人指定。軟件計(jì)算時(shí)，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(gè)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(dòng)指定該層為薄弱層，此為計(jì)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，大大不利于抗震，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?cè)搶拥膶痈呋蚴菧p少基礎(chǔ)埋置的深度，來實(shí)現(xiàn)。

3.樓板開大洞結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)應(yīng)注意的問題

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(jì)算時(shí)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(diǎn)被定義為彈性節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)。即梁柱交點(diǎn)，不受剛性樓板假定的限制，其平動(dòng)自由度獨(dú)立。SATWE軟件中，所有樓板被定義為彈性膜，軟件真實(shí)計(jì)算樓板的平面內(nèi)剛度，對(duì)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(shí)，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(diǎn)定義為彈性節(jié)點(diǎn)，當(dāng)屋面是鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架時(shí)，應(yīng)當(dāng)輸入板厚，將其定義為彈性膜，真實(shí)計(jì)算樓板的平面內(nèi)剛度，這樣和實(shí)際比較相符。

4.短柱問題

框架結(jié)構(gòu)中，所謂短柱，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(jì)時(shí)需要盡可能避免短柱。

短柱的形成成因主要有兩個(gè)：一是，樓梯間的半休息平臺(tái)或者結(jié)構(gòu)局部錯(cuò)層，導(dǎo)致兩個(gè)框架梁間的框架柱凈高比較小；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。

5.使用平法圖集時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的問題

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(zhǎng)度，必須是框架梁高和規(guī)范要求的箍筋加密區(qū)長(zhǎng)度之和，規(guī)范要求的加密區(qū)長(zhǎng)度在1/6柱凈高、柱截面高度、500mm三個(gè)數(shù)值中取較大值。由于PKPM軟件出圖的時(shí)候，加密區(qū)長(zhǎng)度并沒有把梁高包含在內(nèi)，容易造成施工錯(cuò)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(diǎn)容易被忽視，設(shè)計(jì)圖紙中最好對(duì)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(shí)候，框架梁如果需要設(shè)置三排縱筋的話，建議可以對(duì)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(duì)于第三排縱筋的外伸長(zhǎng)度，應(yīng)當(dāng)做出明確交待。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，加強(qiáng)對(duì)多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中框架結(jié)構(gòu)問題的研究分析，對(duì)于其良好設(shè)計(jì)效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)框架結(jié)構(gòu)問題的重視程度，并注重其具體處理措施的科學(xué)性。

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