王海東

【摘要】框架結構可提高建筑整體質量，優(yōu)化內(nèi)部空間結構，在多層房屋建筑領域得到廣泛應用。本文介紹多層框架房屋建筑結構特點，重點分析建筑結構設計要點及設計問題的處理方式，提高多層框架房屋建筑結構設計水平。

【關鍵詞】框架結構;結構設計;短柱問題

建筑結構設計是確保多層房屋建筑質量、功能、使用體驗達標的基礎，框架結構能夠充分利用各類建筑材料的性能優(yōu)勢，其結構自重較輕，非常適用于多層建筑項目當中，有必要對結構設計中存在的問題及處理措施進行總結。

1、多層框架房屋建筑結構設計問題

1.1設計要點

1.1.1抗震設計

抗震設計是多層框架房屋建筑結構設計的難點之一，要求合理選擇梁結構剛度，若準確計量的難度較大，要求按照最大化原則，適當提高剛度值以確保梁結構有足夠的抗彎能力。梁負筋的設計則需依照最小化的原則，盡可能降低梁結構負筋值，以形成可靠的梁端塑性鉸，可適當提高跨中配筋寬度。為方便后期施工，可將5%的配筋設計為類配筋進行強化[1]。

1.1.2配筋結構設計

結構中挑梁的設計易受建筑占地面積、建筑功能的影響，常選擇將挑梁設計在框架梁端。該設計手法的缺陷在于，框架梁與挑梁斷面存在明顯差異，將框架梁的主筋延伸至挑梁會對建筑整體質量造成嚴重影響。因此在設計過程中，需準確分析框架外挑梁受力情況，適當配筋，確保其有足夠的承載力。

框架柱的配筋設計要求相對較低，主要需考慮地震現(xiàn)象對結構穩(wěn)定性的影響。地震過程中，框架柱承擔較大剪力和雙向偏心壓力，更容易被破壞，因此框架柱的配筋設計需滿足以下要求：第一，若建筑所在地地質條件較差、土質松軟，可適當增加框架柱配筋。第二，框架柱位置的箍筋可設計為井字形或菱形，可靠鉗制混凝土結構。第三，地震發(fā)生后，框架柱受多方?jīng)_擊的影響，對角柱、邊柱的縱筋截面可在計算值的基礎上提高25%左右。

1.1.3地基設計

多層框架房屋建筑結構地基設計要點有四：（1）正式設計之前，詳細研究施工現(xiàn)場勘察報告及相關施工資料，充分掌握項目所在地的地質條件。（2）結合以往設計經(jīng)驗，多層框架房屋建筑項目地基多為條形或獨立存在，在選擇基礎截面時，需充分考慮地基形變程度及承載力要求，合理確定地基尺寸。（3）除形變及承載力要求外，地基的淺基礎設計還需考慮工程造價控制，結合上部結構特點設計持力層建設方案，并將地下水對結構穩(wěn)定性的影響考慮其中。（4）結合以往設計經(jīng)驗及項目所在地的地質水文情況，選擇最佳的地基處理方式。

以鋼筋混凝土為主材的多層框架房屋建筑，其基礎設計一般使用柱下獨立基礎的形式，隨著建筑標高的提升，地基條件也會發(fā)生一定變化。按照鋼混多層框架結構的設計規(guī)范，當房屋建筑地基承力范圍內(nèi)無軟土、粘性土等特殊土層條件，且建筑標高不超過25m時，地基設計過程可簡化抗震承載力計算流程。

1.2常見問題及處理措施

1.2.1短柱問題

短柱問題在多層房屋建筑框架結構設計中最為常見，框架結構中的梁、柱等構件采取統(tǒng)一施工的方式，但受到外部因素的影響常發(fā)生短柱現(xiàn)象。短柱的抗剪能力、抗變形能力一般無法達到多層建筑施工質量的要求，地震時，短柱易遭到脆性破壞，影響框架結構整體的抗震線性和承載能力。

框架結構中出現(xiàn)短柱的原因有二。第一，受樓梯井半休息平臺及結構分層的影響，框架柱在兩框架梁間的凈高降低。第二，填充墻結構配置不到位，部分樓層框架柱兩側不存在填充墻，標準框架柱凈高與兩側不存在填充墻的框架柱的截面比≤4，導致短柱的出現(xiàn)。

短柱的判別標準為柱標高≤4或剪跨比≤2，其處理主要是提高抗剪能力和承載能力，防止受到外力作用時出現(xiàn)過度形變。例如，對稱布置短柱的縱向配筋，要求兩側配筋率在1.2%以內(nèi)，或在短柱外增加鋼板及X形配筋。

1.2.2薄弱層問題

薄弱層問題主要是由于設計過程中對板的受力狀況了解不全面，按單向板的方式計算雙向板，從而導致框架結構薄弱層被忽視。薄弱層問題主要影響建筑抗側移剛度，結構縱向上出現(xiàn)不連續(xù)抗側力，進而導致建筑抗震性能降低。

薄弱層問題關系到建筑抗震能力，在多層框架房屋建筑結構設計中應予以高度關注?？蚣芙Y構薄弱層的指定可采用人員指定、計算指定或強制指定的方式。其中，設計人員指定即依靠其以往的設計經(jīng)驗及有關設計規(guī)范，直接找出結構薄弱層;計算指定利用專業(yè)軟件分析設計數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)對比找出抗側移剛度未達到相關指標要求的數(shù)據(jù)點，該數(shù)據(jù)點存在的位置即被劃定為結構薄弱層;強制指定是當結構中豎向抗側力構件不連續(xù)，或荷載能力不達標時，將其強制認定為結構薄弱層。

無論采取何種指定方式，一旦判斷框架結構中存在薄弱層后，需采取一定的補救措施，計算并驗證薄弱層的屈服強度，若強度系數(shù)未達到相關標準的要求，需對結構設計方案做適當調(diào)整，消除薄弱層。

1.2.3內(nèi)力分析問題

多層框架房屋建筑結構內(nèi)部豎向荷載與水平荷載間存在顯著差異，依照國家及行業(yè)質量標準的要求，構件截面設計需結合不同情況下結構內(nèi)力分析計算結果進行。

其中，豎向內(nèi)力的計算多采用分層法或彎矩二次分配法。分層法中，將上下層兩側彈性支撐轉換為固定，以0.9的系數(shù)乘框架柱線剛度，得到其內(nèi)力值。相對而言，彎矩二次分配法的測量精度更高，可取地柱彎矩傳遞系數(shù)為1/3、底層柱與各層梁的彎矩傳遞系數(shù)為0.5。彎矩二次分配法可用以彎矩不平衡節(jié)點處的彎矩充分新配，并完成數(shù)據(jù)傳遞。分層法及彎矩二次分配法的有效應用均有利于框架結構穩(wěn)定性和質量的提高，使其達到多層房屋建筑建設質量標準。

水平內(nèi)力的計算主要采用D值法和反彎點法。D值法的計算精度更高，其結果貼近真實值，主要是由于D值法在計算過程中將框架梁剛度視為有限，在梁柱發(fā)生轉動的情況下得出計算結果[2]。但D值法不適用于梁、柱剛度較大的情形，此時可選擇反彎點法。

結論：

多層框架房屋建筑結構設計中的問題會隨相關技術的發(fā)展及建筑需求的變化而改變，因此要求不斷總結結構設計新問題，加強結構設計的細節(jié)把控，制定出一套內(nèi)容完整的框架結構設計理論體系，不斷擴大框架結構性能優(yōu)勢。

參考文獻：

[1]蔣欣詠.多層建筑框架結構設計的相關探討[J].建材與裝飾，2019（33）：115-116.