多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

周巧丹

摘 要：多層框架結(jié)構(gòu)建筑是鋼筋混凝土澆筑的承重梁柱，以預(yù)制的膨脹珍珠巖、加氣混凝土、浮石等一些輕質(zhì)砌塊或板材作為分隔墻的建筑。其施工操作便于工業(yè)化、大規(guī)?；M(jìn)行，效率高，質(zhì)量好，在建筑工程中有著廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)多層框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面設(shè)計(jì)討論。

關(guān)鍵詞：建筑；多層框架；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則分析

1、短柱構(gòu)造的設(shè)計(jì)分析

加強(qiáng)短柱構(gòu)造對(duì)建筑而言意義重大，對(duì)多層框架工程體而言，柱間填充墻的存在，填充墻中開門窗洞，很容易形成框架柱凈高和截面高度之比小于4的短柱，短柱一般剛度大、易裂縫、易發(fā)生脆性錯(cuò)段等狀況，增大了地震作用下建筑結(jié)構(gòu)破壞的幾率，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生倒塌事故，為此，重視框架柱的合理設(shè)計(jì)具有重大意義。

另一方面，為了滿足多層框架底層側(cè)向剛度要求，采用短柱基礎(chǔ)減小首層柱計(jì)算長(zhǎng)度是可行的。但不能僅按上、下柱的剛度比來確定短柱截面尺寸，并按以短柱頂為嵌固端進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，這樣會(huì)導(dǎo)致梁及柱上端截面偏不安全。如果短柱高度與截面長(zhǎng)邊之比不大于 1，可近似按以短柱頂為嵌固端進(jìn)行計(jì)算。

2、框架結(jié)構(gòu)類型的一致性要求

框架結(jié)構(gòu)需要從結(jié)構(gòu)一致性出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)。建筑采取多層框架形式時(shí)，需要充分加強(qiáng)該目標(biāo)的落實(shí)，加強(qiáng)相關(guān)原則、結(jié)構(gòu)一致性考慮，避免多種結(jié)構(gòu)共存狀況的發(fā)生，尤其是針對(duì)電梯、樓梯區(qū)域中的設(shè)計(jì)，再者如類似結(jié)構(gòu)中的特殊構(gòu)造，避免中部、局部突出等采取磚墻處理的形式。原因在于：框架結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)，磚墻屬于剛性結(jié)構(gòu)，二者融合程度差，無法保證后期協(xié)調(diào)共存的狀況，易發(fā)生變形危害?；旌辖ㄖw中，需要加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的一致性控制，避免整體建筑的危害導(dǎo)致后期質(zhì)量缺陷、安全隱患問題。

3、框架梁的合理設(shè)計(jì)分析

為了保證合理的框架結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行梁的科學(xué)設(shè)計(jì)。現(xiàn)代建筑中，框架梁外挑為常見形式，為了保證滿足工程實(shí)際需求，需要對(duì)鋼筋混凝土柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)控制，針對(duì)其中的施工環(huán)節(jié)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高多層框架體的穩(wěn)定性?？蚣芰旱挠?jì)算分析中，由于柱為偏心受壓構(gòu)件，所以務(wù)必要對(duì)懸臂梁梁端的協(xié)調(diào)變形狀況進(jìn)行考慮。對(duì)豎向構(gòu)件參與結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體的分析，對(duì)梁跟柱之間的節(jié)點(diǎn)關(guān)系進(jìn)行合理的處理，以便從根本上將安全隱患消除，避免建筑發(fā)生意外。所以，在設(shè)計(jì)建筑多層框架結(jié)構(gòu)時(shí)，務(wù)必要選用專業(yè)的設(shè)計(jì)人員，切忌出現(xiàn)濫竽充數(shù)的問題。合理的對(duì)框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)是建筑多層框架結(jié)構(gòu)的根本所在，更是建筑業(yè)安全的根本。

二、多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)分析

1、地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)

多層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要從實(shí)際工程勘察資料、地質(zhì)水文條件等出發(fā)考慮，分析對(duì)應(yīng)地基變形、承載控制要求等要素，針對(duì)天然地基，需要加強(qiáng)淺地基的合理應(yīng)用。持力層設(shè)計(jì)前需要分析基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)的合理性，加強(qiáng)影響要素的分析，如載荷、土層物性、力學(xué)要求等，再者針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)類型、地下水、以及建筑體型等各方面因素也需要加強(qiáng)考慮。綜合各個(gè)影響要素再進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)后期設(shè)計(jì)工作、建筑的合理性具有重大意義。

針對(duì)現(xiàn)代施工而言，對(duì)于民用及工用的建筑，其均會(huì)將獨(dú)立或者條形基礎(chǔ)作為框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)人員在對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有必要根據(jù)地基承載力及變形的要求，計(jì)算出基礎(chǔ)底面尺寸，在此基礎(chǔ)上，計(jì)算出基礎(chǔ)截面，布置好承重框架，根據(jù)承重框架布置的方向不同，可分為：橫向布置（a）；縱向布置（b）；縱橫雙向混合布置（c）。

2、抗震性的設(shè)計(jì)分析

抗震設(shè)計(jì)需要綜合建筑結(jié)構(gòu)類型、地理地勢(shì)條件、高度功能等進(jìn)行處理。根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》，民宅以及辦公樓等普通建筑歸屬于丙類建筑，因此需根據(jù)丙類建筑的要求開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，振型組合數(shù)；振型組合數(shù)和結(jié)構(gòu)層數(shù)之間存在正比關(guān)系，其同樣為建筑項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成參數(shù)。

建筑的框架結(jié)構(gòu)中，一般需要設(shè)置填充墻，導(dǎo)致計(jì)算剛度偏小狀況較為多見。此外，計(jì)算周期過長(zhǎng)的狀況也存在一定影響，地震設(shè)計(jì)是建立在計(jì)算周期的基礎(chǔ)之上，導(dǎo)致抗震性能較預(yù)期偏低。為此，為了提高建筑體的抗震性能，需要降低計(jì)算周期、增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。另一方面，需要加強(qiáng)基礎(chǔ)拉梁、比例控制的設(shè)計(jì)，保證多層框架結(jié)構(gòu)具有合理的拉梁設(shè)計(jì)。對(duì)于建筑埋設(shè)深度過高的狀況，需要進(jìn)行短柱設(shè)計(jì)，提高抗震性能。埋設(shè)深度淺的工程可借助主軸方向拉梁設(shè)計(jì)提高抗震效果。

再者，從抗震區(qū)域的傳力體系、布置均勻度出發(fā)，需要借助以“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎”等概念設(shè)計(jì)原則，預(yù)判塑性鉸的大致位置。框架結(jié)構(gòu)中，塑性鉸若在柱體中發(fā)生，對(duì)應(yīng)破壞作用強(qiáng)、變形小、抗震效果差。若布置與梁體的端部，可吸收部分地震能量，借助變形增加了結(jié)構(gòu)的延展效果，降低破壞程度。

影響“強(qiáng)柱弱梁”的主要因素包括柱梁抗彎承載力比、梁端鋼筋超配、現(xiàn)澆樓板和材料強(qiáng)度的離散性等。根據(jù)“強(qiáng)柱弱梁”機(jī)制的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，采用合理簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)模型，通過 20 條強(qiáng)震記錄的彈塑性時(shí)程分析，對(duì)柱梁抗彎承載力比需求η及其分布進(jìn)行了分析研究，指出柱梁抗彎承載力比需求η 隨地震強(qiáng)度的增加而增大，并根據(jù)分析結(jié)果給出了不同抗震等級(jí)框架結(jié)構(gòu)柱梁抗彎承載力比的設(shè)計(jì)建議。

3、調(diào)整框架柱配筋的設(shè)計(jì)分析

為了提高框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)固度，需要對(duì)框架柱配筋進(jìn)行調(diào)整?？蚣苤卣鹱饔孟拢侵任恢檬艿降呐まD(zhuǎn)作用力較強(qiáng)，雙向偏心作用下增加了扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，對(duì)內(nèi)力影響大，橫梁約束效果差、導(dǎo)致框架柱體的受危害程度過高。為此，需要加強(qiáng)不利方向的框架計(jì)算處理，提高其橫向配筋、縱向配筋的合理控制效果。

針對(duì)配筋計(jì)算中，需要加強(qiáng)下述問題控制，在地震的影響之下，抗震墻端柱、角柱以及邊柱極易出現(xiàn)偏心受拉，就此柱內(nèi)縱筋總截面需超過計(jì)算值的25%；另外框架柱的配筋需根據(jù)實(shí)際情況增大至計(jì)算值的1.2～1.6倍，一般中柱需要增大至計(jì)算值的1.2倍，邊柱要增大至1.3倍，角柱要增大至1.4倍。此外，為了保證澆筑混凝土具有良好的約束限制能力，需要對(duì)框架柱的箍筋機(jī)械井字形設(shè)計(jì)處理；焊接方式采取二級(jí)、三級(jí)底部結(jié)構(gòu)。保證縱向鋼筋設(shè)計(jì)的配筋率高于3%，箍筋直徑需要大于8mm。

三、結(jié)語

綜上分析，建筑多層框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮多方影響因素，保證系統(tǒng)完整性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，具有創(chuàng)新思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。設(shè)計(jì)中需要相關(guān)作業(yè)人員具有專業(yè)能力強(qiáng)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的要求，可充分應(yīng)對(duì)多種工程地質(zhì)條件進(jìn)行處理。建筑中，需要保證設(shè)計(jì)質(zhì)量、結(jié)構(gòu)安全等要素的優(yōu)化調(diào)整，促進(jìn)建筑體后期應(yīng)用功能的完整控制。

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（作者單位：廣東凱興達(dá)建筑科技有限公司）