多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)研究

1、多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)研究    【摘要】本文針對(duì)建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析和探討，并提出相應(yīng)的具體解決措施，主要包括基礎(chǔ)系梁的設(shè)置問(wèn)題、框架結(jié)構(gòu)薄弱層的判定與處理、樓板開(kāi)大洞結(jié)構(gòu)計(jì)算注意問(wèn)題、框架梁柱偏心問(wèn)題、短柱問(wèn)題以及應(yīng)用平法圖集須注意的問(wèn)題。 【關(guān)鍵詞】多層建筑框架，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，問(wèn)題，措施 中圖分類(lèi)號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 一、前言 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，多層建筑框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)比較基礎(chǔ)，也是較為重要和常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu)形式。實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)相關(guān)的規(guī)范要求進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，當(dāng)然其中不可避免將遇到各式各樣的問(wèn)題，這些都值

2、得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行探討、分析和研究。 二、常見(jiàn)問(wèn)題和相應(yīng)措施 多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)同時(shí)也是最關(guān)鍵的問(wèn)題，如下所述： 1.基礎(chǔ)系梁的設(shè)置問(wèn)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(mǎn)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(mǎn)足最小配筋率。 如果基礎(chǔ)系梁上作用有來(lái)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

3、截面也應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)卦黾樱?jì)算出來(lái)的配筋，應(yīng)當(dāng)充分滿(mǎn)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(lái)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。 總之，不設(shè)基礎(chǔ)系梁時(shí)，填充墻可用素混凝土條形基礎(chǔ)。設(shè)

4、基礎(chǔ)拉梁時(shí)，可以設(shè)在框架柱間，不在框架柱間的墻體基礎(chǔ)則可以使用素混凝土基礎(chǔ)。 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(mǎn)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

5、，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(guò)改變?cè)搶拥膶痈呋蚴菧p少基礎(chǔ)埋置的深度來(lái)實(shí)現(xiàn)。 如果薄弱層無(wú)法避免，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算和出圖時(shí)需要嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定，針對(duì)具體情況，采取相應(yīng)的措施，除了對(duì)薄弱層地震剪力乘以1.15倍的放大系數(shù)外，還應(yīng)當(dāng)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)。應(yīng)當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)也進(jìn)行彈塑性變形驗(yàn)算。不符合要求的話(huà)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)調(diào)整結(jié)構(gòu)布置。 3.樓板開(kāi)大洞結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)應(yīng)注意

6、的問(wèn)題 樓板開(kāi)洞的結(jié)構(gòu)比較普通，如果開(kāi)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(wú)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

7、實(shí)際比較相符。 對(duì)彈性節(jié)點(diǎn)或彈性膜進(jìn)行正確定義后，后續(xù)計(jì)算中應(yīng)嚴(yán)格按照總剛計(jì)算法進(jìn)行計(jì)算，要不然，側(cè)剛度計(jì)算法仍會(huì)按照剛性樓板，對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和配筋進(jìn)行計(jì)算。此點(diǎn)，需要特別注意。 4.框架梁柱偏心問(wèn)題 實(shí)踐工程中，出于建筑專(zhuān)業(yè)需要，外墻和柱邊需保持平齊，就容易出現(xiàn)框架梁柱偏心問(wèn)題，可供選擇的措施有2個(gè)：要么設(shè)挑耳，要么與柱偏心。選擇前者，可保證框架梁和框架柱中心保持對(duì)齊，有利于梁和柱受力，但容易導(dǎo)致填充墻的構(gòu)造柱下部和上部縱筋難以錨固。若選擇后者，地震作用下容易引起梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)受剪面積嚴(yán)重不足，柱易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。所以，針對(duì)外框架梁，建議采用設(shè)挑耳解決外填充墻偏心。 5.短柱問(wèn)題 框架結(jié)構(gòu)中的所謂

8、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?。欢翘畛鋲Φ脑O(shè)置不正確，造成某層的框架柱的兩側(cè)中一部分沒(méi)有填充墻，另部分有填充墻，而沒(méi)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。 可以通過(guò)增加柱的抗剪承載力、改善變形能力，來(lái)處理短柱。通常情況下，使用復(fù)合箍筋，箍筋沿全高加密，可以保證短柱的縱向鋼筋形成對(duì)稱(chēng)布置。 6.使用平法圖集時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題

9、應(yīng)用圖集時(shí)應(yīng)當(dāng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題。 一是框架柱，若用剖面列表法來(lái)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(méi)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(kāi)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(guò)于小，或者承載力比較大的時(shí)候，框架梁如果

10、需要設(shè)置三排縱筋的話(huà)，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(méi)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) 以上幾條都是在進(jìn)行多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中較常遇到的基本問(wèn)題，實(shí)踐工作中當(dāng)然會(huì)遇到更多的問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)仔細(xì)分析，根據(jù)相關(guān)規(guī)范采取適當(dāng)解決措施。在進(jìn)行多層建筑框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先判斷此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的可行性，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并提前采取措施，所有的計(jì)算結(jié)構(gòu)都應(yīng)當(dāng)認(rèn)真分析、準(zhǔn)確判斷，然后才能應(yīng)用到實(shí)際工程項(xiàng)目中。 參考文獻(xiàn)： 1陳家榮 論述多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及框架結(jié)構(gòu)的問(wèn)題 期刊論文 城市建設(shè) 2010 2張瑞強(qiáng) 對(duì)多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中幾個(gè)問(wèn)題的理解 期刊論文 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì) 2