多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

［摘要］在多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，我們應(yīng)該遵循多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則，合理的確定框架結(jié)構(gòu)計算參數(shù)，對于設(shè)計中的注意事項應(yīng)該提前做好相應(yīng)的功課，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理，提高設(shè)計質(zhì)量。

［關(guān)鍵詞］房屋建筑;多層框架;結(jié)構(gòu)設(shè)計

多層框架房屋結(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，其具有施工操作便于工業(yè)化、大規(guī)�；�進行，效率高，質(zhì)量好等特點。梁柱構(gòu)成的框架結(jié)構(gòu)，構(gòu)件的截面小，其剛度與承載力都很低，受力特點相似于豎向的懸臂剪切梁，樓層數(shù)越多，其水平位移的傳遞能力就越差�，F(xiàn)澆樓面結(jié)構(gòu)可與梁共同作用，而裝配式樓面則無法完成，起分隔與維護作用的填充墻，可以為建筑靈活提供使用空間，但框架結(jié)構(gòu)的整體抗震性能較差，因此在設(shè)計過程中應(yīng)嚴格遵循以下設(shè)計原則。

1多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則

(1)框架結(jié)構(gòu)類型的一致性要求�？蚣芙Y(jié)構(gòu)需要從結(jié)構(gòu)一致性出發(fā)進行設(shè)計。房屋建筑采取多層框架形式時，需要充分加強該目標的落實，加強相關(guān)原則、結(jié)構(gòu)一致性的考慮，尤其是針對電梯、樓梯區(qū)域中的設(shè)計，避免中部、局部突出等采取磚墻處理的形式。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，易出現(xiàn)裂縫和變形�；旌辖ㄖ�體中，需要加強結(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。(2)短柱構(gòu)造的設(shè)計分析。加強短柱構(gòu)造對房屋建筑而言意義重大，對多層框架結(jié)構(gòu)而言，為了控制工程成本，柱體填充墻的處理中，一般無法達到頂棚，會出現(xiàn)墻面開孔、鑿洞等狀況，類似施工屬于不規(guī)則的形式，期間發(fā)生短柱問題，短柱一般剛度大、易裂縫、易發(fā)生脆性錯段等狀況，增加了后期建筑結(jié)構(gòu)破壞作用，嚴重時甚至?xí)�發(fā)生倒塌事故，為此，加強構(gòu)造柱的合理設(shè)計具有重大意義。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)減小柱計算長度是可行的，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行簡化計算，這樣會導(dǎo)致梁及柱上端截面偏不安全。如果短柱高度與截面長邊之比不大于1，可近似按以短柱頂為嵌固端進行計算。(3)框架梁的合理設(shè)計分析。為了保證合理的框架結(jié)構(gòu)，需要進行梁的科學(xué)設(shè)計�，F(xiàn)代房屋建筑中，框架梁外挑為常見形式，為了保證滿足工程實際需求，需要對鋼筋混凝土柱結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計控制，針對其中的施工環(huán)節(jié)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高多層框架體的穩(wěn)定性�？蚣芰旱挠嬎惴治鲋�，由于柱為偏心受壓構(gòu)件，所以務(wù)必要對懸臂梁梁端的協(xié)調(diào)變形狀況進行考慮。對豎向構(gòu)件參與結(jié)構(gòu)進行整體分析，對梁跟柱之間的節(jié)點關(guān)系進行合理處理，以便從根本上將安全隱患消除，確保房屋建筑的質(zhì)量。

2框架結(jié)構(gòu)計算參數(shù)的確定

(1)地震加速度值的設(shè)計。建筑抗震設(shè)計規(guī)范要求:在抗震設(shè)防烈度為7度時，設(shè)計基本地震加速度值可分別為0．1g與0．15g兩種，而抗震設(shè)防烈度為8度時，設(shè)計基本地震加速度值各為0．2g與0．3g兩種。明確規(guī)范的要求，對地震區(qū)的劃分嚴加注意，從而合理的設(shè)計基本地震加速度值。地震加速度值的選取對地震作用效應(yīng)的影響非常大。(2)結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)的設(shè)計。框架結(jié)構(gòu)中的填充墻，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的實際剛度比計算剛度要大，實際周期小于計算周期，所以，這樣計算出來的地震作用效應(yīng)變小，結(jié)構(gòu)變得不安全，因此必須對結(jié)構(gòu)的計算周期進行折減。根據(jù)填充墻的數(shù)量及材料來選取折減系數(shù)，一般為0．7～0．9。(3)梁剛度放大系數(shù)的確定。利用SATWE或TAT等軟件輸入的梁模型都是矩形截面，沒有考慮到由于樓板處T型截面而出現(xiàn)的剛度增大，使結(jié)構(gòu)的計算剛度小于實際剛度，設(shè)計出的地震剪力變小，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不安全。所以進行計算時應(yīng)對梁的剛度進行放大，邊梁放大系數(shù)宜取1．5，而中梁為2．0。(4)活荷載的最不利布置。在多層框架結(jié)構(gòu)中，特別是活荷載較大時，是否對活荷載進行最不利布置，對計算結(jié)果的影響很大。在選用程序中給定的梁的設(shè)計彎矩放大系數(shù)，也并一定能夠?qū)�工程的受力情況進行實際反映，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不安全或者保守，因此最好進行活荷載的最不利布置。獨立梁的箍筋計算結(jié)構(gòu)應(yīng)該進行復(fù)核，規(guī)范要求:集中荷載下的獨立梁，按公式進行計算，荷載作用點到制作間的箍筋需均勻布置。(5)梁扭矩的折減。在現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)梁的兩邊沒樓板或有弧形梁時，梁的扭矩折減系數(shù)為1．0;當(dāng)梁兩側(cè)都有樓板時，應(yīng)進行梁扭矩的折減，折減系數(shù)可為0．4。一般工程中，對梁的配筋應(yīng)進行兩次計算:(1)折減所有梁的扭矩，來計算兩側(cè)都有樓板的梁的配筋;(2)所有梁均不進行折減來計算兩側(cè)都沒有或一側(cè)有樓板的梁的配筋。采用這種方法進行計算的結(jié)構(gòu)，比較切合實際，設(shè)計人員應(yīng)該引起注意。

3多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項

3．1框架結(jié)構(gòu)方案構(gòu)思時應(yīng)注意的問題

在設(shè)計人員進行鋼筋混凝土房屋框架結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，要先做好一定的工作準備，根據(jù)不同的材料和要求，進行綜合全面考慮，以保證設(shè)計方案的科學(xué)性、合理性、經(jīng)濟性和可行性。一般在進行框架結(jié)構(gòu)方案構(gòu)思的過程中，需要注意以下幾點問題:(1)從力學(xué)觀點看，在房屋建筑的平面布局中，應(yīng)當(dāng)盡量保證柱網(wǎng)按開間等跨和進深等距(或近似于等距)布置，這樣可以相應(yīng)減少邊跨柱距，也可以充分利用連續(xù)梁的受力特點以減少結(jié)構(gòu)中的彎矩，可以使各跨梁截面趨于一致，從而提高結(jié)構(gòu)的整體剛度;(2)結(jié)構(gòu)方案還應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)情況和建筑功能要求進行綜合考慮;(3)框架結(jié)構(gòu)的傳力路線應(yīng)簡捷明了。一般來說，在相同的荷載作用下，結(jié)構(gòu)的傳力路線越短、越直接，結(jié)構(gòu)的工作效能越高，所耗費的建材也就越少。

3．2地基基礎(chǔ)的設(shè)計

多層框架房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員需要根據(jù)實際工程的勘察資料、地質(zhì)、水文條件等進行考慮，分析對應(yīng)地基變形、載荷控制等要素，針對天然地基，需要加強淺地基的合理應(yīng)用。持力層設(shè)計前需要分析基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的合理性，加強影響要素的分析，如載荷、土層物性、力學(xué)要求等。其次針對建筑結(jié)構(gòu)類型、地下水以及建筑體型等各方面因素進行考慮。綜合各個影響要素再進行分析計算，對后期設(shè)計工作以及房屋建筑的合理性具有重大意義。

3．3抗震性的設(shè)計分析

抗震設(shè)計需要綜合建筑結(jié)構(gòu)類型、地勢條件、高度功能等進行處理。根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》，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。振型組合數(shù)和結(jié)構(gòu)層數(shù)之間存在正比關(guān)系，其同樣為房屋建筑項目結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要組成參數(shù)。在房屋建筑的框架結(jié)構(gòu)中，一般需要設(shè)置填充墻，導(dǎo)致實際剛度偏小狀況較為多見。此外，計算周期過長的狀況也存在一定影響，地震設(shè)計是建立在計算周期的基礎(chǔ)之上，導(dǎo)致抗震性能較預(yù)期偏低，因此，為了提高建筑體的抗震性能，需要降低計算周期、增加結(jié)構(gòu)強度。另一方面，需要加強基礎(chǔ)拉梁、比例控制的設(shè)計，保證多層框架結(jié)構(gòu)具有合理的拉梁設(shè)計。對于建筑埋設(shè)深度過高的狀況，需要進行短柱設(shè)計，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“強柱弱梁、強剪弱彎”等概念設(shè)計原則，預(yù)判塑性鉸的大致位置�？蚣芙Y(jié)構(gòu)中，塑性鉸若在柱體中發(fā)生，對應(yīng)破壞作用強、變形小、抗震效果差。若布置于梁體的端部，可吸收部分地震能量，借助變形增加結(jié)構(gòu)的延展效果，降低破壞程度。影響“強柱弱梁”的主要因素包括柱梁抗彎承載力比、梁端鋼筋超配、現(xiàn)澆樓板和材料強度的離散性等。根據(jù)“強柱弱梁”機制的結(jié)構(gòu)受力特點，采用合理簡化結(jié)構(gòu)模型，通過20條強震記錄的彈塑性時程分析，對柱梁抗彎承載力比需求η及其分布進行了分析研究，指出柱梁抗彎承載力比需求η隨地震強度的增加而增大，并根據(jù)分析結(jié)果給出了不同抗震等級框架結(jié)構(gòu)柱梁抗彎承載力比的設(shè)計建議。

3．4調(diào)整框架柱配筋的設(shè)計分析

為了提高框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)固度，需要對框架柱配筋進行調(diào)整�？蚣苤�地震作用下，角柱等位置受到的扭轉(zhuǎn)作用力較強，雙向偏心作用下增加了扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，對內(nèi)力負面影響大，橫梁約束效果差、導(dǎo)致框架柱體的受危害程度過高。為此，需要加強不利方向的框架計算處理，提高其橫向配筋、縱向配筋的合理控制效果。針對配筋計算中，需要加強下述問題控制: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算值的25%;另外框架柱的配筋需根據(jù)實際情況增大至計算值的1．2～1．6倍，一般中柱需要增大至計算值的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，需要對框架柱的箍筋進行井字形設(shè)計處理;焊接方式采取二級、三級底部結(jié)構(gòu)。保證縱向鋼筋設(shè)計的配筋率高于3%，箍筋直徑需要大于8mm。

4結(jié)語

綜上分析，房屋建筑多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮多方面因素，保證系統(tǒng)完整性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。設(shè)計人員需具有創(chuàng)新思維和嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，能夠根據(jù)工程的實際情況采取合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，確保房屋建筑的質(zhì)量。

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