張占茹

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)多層建筑發(fā)展迅速，其設(shè)計(jì)思想在不斷更新，建筑平面布置與豎向體形也越來(lái)越復(fù)雜，給多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出更高的要求。多層建筑采用框架結(jié)構(gòu)形式，可形成內(nèi)部大空間，同時(shí)也能進(jìn)行靈活的建筑平面布置。因此，框架結(jié)構(gòu)體系在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用甚廣，特別是在高度不超過(guò)50m的多層建筑中，其優(yōu)勢(shì)更為明顯、突出。

關(guān)鍵詞：多層建筑;框架結(jié)構(gòu);問(wèn)題;處理

我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)梁、柱、板以及結(jié)構(gòu)體系中的一些注意事項(xiàng)應(yīng)該有清晰的認(rèn)識(shí)，使設(shè)計(jì)的工程既經(jīng)濟(jì)又合理。本文對(duì)多層建筑結(jié)構(gòu)中的框架結(jié)構(gòu)問(wèn)題進(jìn)行了探討。

一、獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載取值問(wèn)題

通常情況下，多層框架房屋采用的是柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的形式，而《抗震規(guī)范》中明確指出，在地基的主要持力層沒(méi)有軟弱粘性土層的情況下，當(dāng)建筑高度在25米以內(nèi)且層數(shù)在8層以內(nèi)的一般民用建筑，可以不對(duì)地基和基礎(chǔ)的抗震承載力進(jìn)行驗(yàn)算。但是在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該要將風(fēng)荷載考慮進(jìn)去。所以，不能因?yàn)橐话憬ㄖ诘卣饏^(qū)風(fēng)荷載不是控制荷載而忽略了。還有些設(shè)計(jì)師在進(jìn)行獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，柱腳內(nèi)力設(shè)計(jì)值取值不合理，只對(duì)軸力與彎曲采取了設(shè)計(jì)值，而未能考慮剪力，還有些甚至只取了軸力設(shè)計(jì)值。若獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)荷載取值不合理，將會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的不安全或者材料浪費(fèi)。

二、基礎(chǔ)系梁的設(shè)置問(wèn)題

如果基礎(chǔ)埋置深度較深時(shí)，可以用基礎(chǔ)系梁減少底層柱的計(jì)算長(zhǎng)度。在±0.000以下設(shè)置系梁，此時(shí)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)按短柱處理。如果工程條件符合<建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范>第6.1.11條規(guī)定，應(yīng)設(shè)基礎(chǔ)系梁。根據(jù)抗震要求，可沿兩個(gè)主軸方向設(shè)置構(gòu)造基礎(chǔ)系梁。基礎(chǔ)系梁截面高度可取柱中心距的1/12 ～ 1/15。構(gòu)造基礎(chǔ)系梁縱向受力鋼筋可取上述所連接柱的最大軸力設(shè)計(jì)值的10%作為拉力或壓力來(lái)計(jì)算。當(dāng)為構(gòu)造配筋時(shí)，應(yīng)滿足最小配筋率;當(dāng)基礎(chǔ)系梁上作用有填充墻或樓梯柱等傳來(lái)的荷載時(shí)，應(yīng)與所連接柱子的最大軸力設(shè)計(jì)值的10%疊加計(jì)算。基礎(chǔ)系梁截面也應(yīng)適當(dāng)增加，算出的配筋應(yīng)滿足受力要求和構(gòu)造配筋要求。構(gòu)造基礎(chǔ)系梁頂標(biāo)高通常與基礎(chǔ)頂標(biāo)高相同。為減少基礎(chǔ)系梁計(jì)算跨度，可以將基礎(chǔ)梁下與獨(dú)立基礎(chǔ)的臺(tái)階或錐形斜坡之間的空隙部分用素混凝土澆筑至與基礎(chǔ)頂面平齊，再澆筑基礎(chǔ)系梁。如果用基礎(chǔ)系梁平衡柱底彎矩，基礎(chǔ)系梁的截面尺寸與配筋應(yīng)按框架梁設(shè)計(jì)。這時(shí)，拉梁正彎矩鋼筋應(yīng)全部拉通，負(fù)彎矩鋼筋至少應(yīng)在1/2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)與上部框架梁完全相同，且此時(shí)拉梁應(yīng)設(shè)置在基礎(chǔ)頂部。

綜上所述，如不設(shè)置基礎(chǔ)系梁，填充墻可以采用素混凝土條形基礎(chǔ);如設(shè)置基礎(chǔ)拉梁，宜在框架柱之間設(shè)置，對(duì)于不在框架柱之間的墻體基礎(chǔ)可采用素混凝土基礎(chǔ)。

三、框架結(jié)構(gòu)梁設(shè)計(jì)的問(wèn)題與處理

在框架結(jié)構(gòu)梁的設(shè)計(jì)中，如果梁上存在次梁（包括挑梁端部）應(yīng)該考慮附加箍筋和吊筋，同時(shí)優(yōu)先考慮采用附加箍筋。在梁上的小柱和水箱下，如果梁架在板上，在設(shè)計(jì)的時(shí)候不必加附加筋。同時(shí)為了表達(dá)清楚，在做施工圖的時(shí)候可以考慮在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說(shuō)明處，畫一節(jié)點(diǎn)，有次梁處兩側(cè)各加3根主梁箍筋作為補(bǔ)充。

如果次梁的端部與框架梁相交或彈性支承在墻體上，梁的端支座我們可以按照簡(jiǎn)支梁來(lái)處理，但是梁的端箍筋應(yīng)該考慮加密。在設(shè)計(jì)考慮抗扭的梁時(shí)，縱筋的間距不應(yīng)大于300mm并且不能大于梁的寬度，即我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候要求加腰筋來(lái)增加梁的抗扭，并且縱筋和腰筋錨入支座內(nèi)的長(zhǎng)度要達(dá)到錨固長(zhǎng)度。箍筋要求同抗震設(shè)防時(shí)的要求保持一致。反梁的板吊在梁底下，板荷載宜由箍筋來(lái)承受，或適當(dāng)?shù)脑龃蠊拷畹拈g距，梁支承偏心布置墻時(shí)宜做下挑沿?？蚣芰旱母叨纫巳×嚎缍鹊?/10-1/15，扁梁的寬度可以取到柱寬的兩倍。扁梁的箍筋應(yīng)該延伸至另一方向的梁的邊緣。

四、結(jié)構(gòu)計(jì)算中幾個(gè)重要參數(shù)的選取問(wèn)題

《抗震規(guī)范》第3.6.6.4條指出，所有的計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果，都應(yīng)經(jīng)分析判斷確認(rèn)其合理、有效后方可用于工程設(shè)計(jì)。通常情況下，計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果主要是結(jié)構(gòu)的自振周期，樓層地震剪力系數(shù)，樓層彈性層間位移（包括最大位移與平均位移比）和彈塑性變形驗(yàn)算時(shí)樓層的彈塑性層間位移。樓層的側(cè)向剛度比，振型參與質(zhì)量系數(shù)，墻和柱的軸壓比及墻、柱、梁和板的配筋，底層墻和柱底部截面的內(nèi)力設(shè)計(jì)值?？蚣堋拐饓Y(jié)構(gòu)中抗震墻承受的地震傾覆力矩與總地震傾覆力矩的比值。為了分析判斷計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果是否合理，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，除了有合理的結(jié)構(gòu)方案、正確的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖外，正確填寫抗震設(shè)防烈度和場(chǎng)地類別，合理選取電算程序總信息中的其他各項(xiàng)參數(shù)也是十分重要的。

1.結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)

在工程設(shè)計(jì)中，多數(shù)房屋建筑按其抗震設(shè)防分類屬于丙類建筑，如民用住宅、辦公樓及一般工業(yè)建筑等。其抗震等級(jí)可根據(jù)烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋的高度，按《抗震規(guī)范》表6.1.2確定，而對(duì)于電訊、交通、能源、消防和醫(yī)療等類建筑以及大型體育場(chǎng)館、大型零售商場(chǎng)等公共建筑，首先，應(yīng)當(dāng)根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》確定其中哪些建筑屬于乙類建筑。對(duì)于乙、丙類建筑，其地震作用均按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度計(jì)算。對(duì)于乙類建筑，一般情況下，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6 ～ 8度時(shí)，抗震措施應(yīng)符合按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求。所謂抗震措施，在這里主要體現(xiàn)為按本地區(qū)設(shè)防烈度提高一度，由《抗震規(guī)范》表6.1.2確定其抗震等級(jí)，當(dāng)7度地區(qū)的乙類建筑的高度超過(guò)表6.1.2規(guī)定的范圍時(shí)，還應(yīng)采取比一級(jí)抗震等級(jí)更有效的抗震措施。如：某7度地震區(qū)城市的一個(gè)大型零售商場(chǎng)和一個(gè)三級(jí)醫(yī)院的門診樓本屬乙類建筑，但設(shè)計(jì)人員錯(cuò)當(dāng)成丙類建筑來(lái)設(shè)計(jì)，使建筑物的抗震能力大為降低，不得不對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算作重大修改。

2.地震力的振型組合數(shù)

對(duì)于多層建筑，當(dāng)不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算時(shí)，地震力的振型組合數(shù)至少應(yīng)取3;當(dāng)振型數(shù)多于3時(shí)，宜取3的倍數(shù)，但不應(yīng)多于層數(shù);當(dāng)房屋層數(shù)≤2時(shí)，振型數(shù)可取層數(shù)，對(duì)于不規(guī)則的高層建筑結(jié)構(gòu)，當(dāng)考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)，振型數(shù)應(yīng)≥9：結(jié)構(gòu)層數(shù)較多或結(jié)構(gòu)剛度突變較大時(shí)，振型數(shù)應(yīng)多取，如結(jié)構(gòu)有轉(zhuǎn)換層，頂部有小塔樓、屬多塔結(jié)構(gòu)等，振型數(shù)應(yīng)≥12或更多。但不能多于房屋層數(shù)的3倍，只有當(dāng)定義彈性樓板，采用總剛分析，且必要時(shí)，振型數(shù)才可以取得更多。《抗震規(guī)范》中指出，合適的振型個(gè)數(shù)一般可以取振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量的90%所需的振型數(shù)。SATWE等電算程序已有這種功能，可以很方便地輸出這種參與質(zhì)量的比值。有人員不大重視電算程序使用手冊(cè)的應(yīng)用，選取振型數(shù)時(shí)比較隨意，這是應(yīng)當(dāng)改進(jìn)的。此外，由耦聯(lián)計(jì)算的地震剪力通常小于非耦聯(lián)計(jì)算得來(lái)的數(shù)值。僅當(dāng)結(jié)構(gòu)存在明顯扭轉(zhuǎn)時(shí)才采用耦聯(lián)計(jì)算，但在必要時(shí)應(yīng)補(bǔ)充非耦聯(lián)計(jì)算。

3.結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)

框架結(jié)構(gòu)及框架——抗震墻等結(jié)構(gòu)中。由于填充墻的存在，使結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度。計(jì)算周期大于實(shí)際周期，因此，算出的地震剪力偏小，結(jié)構(gòu)顯得不安全，所以對(duì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期進(jìn)行折減是必要的;但若折減系數(shù)取得過(guò)大也是不妥當(dāng)?shù)?。?duì)于框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，采用砌體填充墻時(shí)，周期折減系數(shù)可取0.6 ～ 0.7;砌體填充墻較少或采用輕質(zhì)砌塊時(shí)，可取0.7 ～ 0.8;完全采用輕質(zhì)墻體板材時(shí)，可取0.9，只有無(wú)墻的純框架，計(jì)算周期才可以不折減。

在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不論工程簡(jiǎn)單還是復(fù)雜，其實(shí)終究是由梁、柱、板形成的基本單元組合而成，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)梁、柱、板以及結(jié)構(gòu)體系中的一些注意事項(xiàng)應(yīng)該有清晰的認(rèn)識(shí)，使設(shè)計(jì)的工程既經(jīng)濟(jì)又合理。

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