1、浅谈多层框架结构设计体会摘要：本文围绕钢筋混凝土多层框架结构，就结构设计中计算简图、基础设计、结构电算及电算结果的人工调整、其它注意事项等几方面简要总结了一些在结构设计过程需要注意的一些常见问题和体会，为今后多层框架结构分析与设计提供一定参考。 关键词：框架结构；计算；体会； 注意事项；计算模式； 中图分类号： TU2 文献标识码： A 1.概述 钢筋混凝土多层框架结构作为一种常用的结构形式，具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点，目前已被广泛地应用于各类多层的工业与民用建筑中。近年来，随着计算机技术的不断发展，框架结构的计算也由手算转向电算，计算精度日益提高，设计人员的工作强度逐
2、渐降低。但是，在框架结构的设计当中，仍然存在着一些概念性和实际性的问题需要设计人员予以重视, 以确保设计质量的提高。结合笔者在参加工作几年来积累的多层框架结构的设计实践，就在结构设计中结构选型、基础设计、结构电算与结构分析、施工图绘制注意事项等几方面，简要总结了一些体会，为今后多层框架结构分析与设计提供一定参考。 2.框架计算简图的确定 进行框架结构设计时，设计人员应掌握如下设计规范：建筑结构荷载规范 、 抗震规范 、 混凝土结构设计规范等，并应考虑当地地方性的建筑法规。设计人员应熟悉当地的建筑材料的构成、货源情况、大致造价及当地的习惯做法，设计出经济合理的结构体系，确定合理的计算简图。 2.
3、1 无地下室的多层框架房屋 2.1.1 基础埋深较浅时 现浇的框架结构梁柱刚接，计算简图的确定主要是确定底层柱的计算长度。根据混凝土结构设计规范GB50010-2012（以下简称结构规范 ）规定：一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构，底层柱的计算长度取基础顶面到一层楼盖顶面的高度 H ；装配式框架取 1.25H 。这项规定在一般情况下很明确，但是在实际设计时，由于基础尚未设计，基础顶面标高无法确定，因此无法得到 H 值。这时，应该根据基础经验估算基顶标高，或者采用房屋底层层高加 1m 的经验值作为 H 值取用，这样做比仅取底层层高作为 H 值符合要求。 基础埋深较大时为了增加房屋底部的整体性，减
4、小位移，有时在0.000m 附近设置基础连系梁。这种情况下，底层柱 H 值如果仍按1.1.1 中取用显然不合适，因为基础连系梁与柱刚接，底层柱被梁分成了两部分。如果 H 值取用基础连系梁顶面到一层楼盖顶面的高度，显然也不合适，因为首先基础连系梁的设计有时仅为构造设计，无法平衡底部柱脚的弯矩，亦无法作为上部结构的嵌固部分；另外这样做也与结构规范有关条款相悖。理想的做法是：将基础连系梁以下的部分看作底层，柱的 H 值取用基础顶面至连系梁顶面的高度，而把实际建筑的底层作为第二层考虑，层高 H1 取用连系梁顶层至一层楼面高度。应当注意的是：当采用这样的计算简图时，底层柱的配筋应取用基础连系梁顶面和基础
5、顶面中较大的内力设计值进行计算。 2.2 带地下室的多层框架房屋 对于带地下室的多层框架结构，合理确定上部结构的嵌固位置是一个关键问题。对此，框结构规范和建筑抗震设计规范GB50011-2010（以下简称抗震规范 ） ，都没有明确地提出具体位置，需要具体问题具体分析。对于能够满足抗震规范有关规定的地下室结构或者采用箱型基础时，可以将地下室顶板作为框架上部结构的嵌固位置，在利用 PKPM 系列软件进行设计时，楼层总数仅输入地下室以上的实际层数，底层的层高 H 取实际层高。这样计算出的地震作用与实际情况较为接近，但对于竖向荷载的计算需要计算至底层的柱底处。对于不能满足抗震规范规定的地下室结构或者采
6、用筏板式基础时，嵌固位置最好取在基础顶面。此时，利用电算进行楼层组合时，总层数应为实际的楼层数加上地下室的层数。例如：当房屋地上为 5 层，地下为 2 层时，总层数取7 层。按此确定的计算简图经整体计算后，地震作用相对保守，结构设计偏于安全。另外，对于竖向荷载可一次性算至基础顶面，便于基础设计时直接采用相关内力。 3.基础设计 在柱下扩展基础宽度较宽(大于 4 米)或地基不均匀及地基较软时宜采用柱下条基。并应 考虑节点处基础底面积双向重复使用的不利因素，适当加宽基础。当基础下有防空洞或枯井等时，可做一大厚板将其跨过。混凝土基础下应做垫层。当有防水层时，应考虑防水层厚度。 建筑地段较好，基础埋深
7、大于 3 米时，应建议甲方做地下室。地下室底板，当地基承载力满足设计要求时，可不再外伸以利于防水。每隔3040 米设一后浇带，并注明两个月后用微膨胀混凝土浇注。设置地下室可降低地基的附加应力，提高地基的承载力(尤其是在周围有建筑时有用)，减少地震作用对上部结构的影响。不应设局部地下室，且地下室应有相同的埋 深。可在筏板区格中间挖空垫聚苯来调整高低层的不均匀沉降。地下室外墙为混凝土时，相应的楼层处梁和基础梁可取消。抗震缝、伸缩缝在地面以下可不设缝，连接处应加强。但沉降缝两侧墙体基础一定要分开。 新建建筑物基础不宜深于周围已有基础。如深于原有基础，其基础间的净距应不少于基 础之间的高差的 1.5
8、至 2 倍，否则应打抗滑移桩，防止原有建筑的破坏。建筑层数相差较大 时，应在层数较低的基础方格中心的区域内垫焦碴来调整基底附加应力。 独立基础偏心不能过大，必要时可与相近的柱做成柱下条基。柱下条形基础的底板偏心 不能过大，必要时可作成三面支承一面自由板(类似筏基中间开洞)。两根柱的柱下条基的荷载重心和基础底版的形心宜重合，基础底板可做成梯形或台阶形，或调整挑梁两端的出挑长度。采用独立柱基时，独立基础受弯配筋不必满足最小配筋率要求，除非此基础非常重要， 但配筋也不得过小。独立基础是介于钢筋混凝土和素混凝土之间的结构。面积不大的独立基 础宜采用锥型基础，方便施工。 独立基础的拉梁宜通长配筋，其下应
9、垫焦碴。拉梁顶标高宜较高，否则底层墙体过高。底层内隔墙一般不用做基础，可将地面的混凝土垫层局部加厚。考虑到一般建筑沉降为锅底形、 结构的整体弯曲和上部结构和基础的协同作用，顶、底板钢筋应拉通(多层的负筋可截断 1/2 或 1/3)，且纵向基础梁的底筋也应拉通。基础平面图上应加指北针。基础底板混凝土不宜大于 C30，一是没用，二是容易出现裂缝。可用JCCAD 软件自动生成基础布置和基础详图。生成的基础平面图名为JCPM.T，生成的基础详图名为 JCXT.T。基础底面积不应因地震附加力而过分加大，否则地震下安全了而常规情况下反而沉降差异较大，本末倒置。 4.结构电算及电算结果的人工调整 4.1 结
10、构的抗震等级 抗震规范指出，所有的计算机计算结果，应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。通常情况下，计算机的计算结果主要是结构的自振周期、楼层地震剪力系数、楼层弹性层间位移（包括最大位移与平均位移比）和弹塑性变形验算时楼层的弹塑性层间位移、楼层的侧向刚度比、振型参与质量系数、墙和柱的轴压比及墙、柱、梁和板的配筋、底层墙和柱底部截面的内力设计值、框架-抗震墙结构抗震墙承受的地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值。超筋超限信息等等。为了分析判断计算机计算结果是否合理，结构设计计算时，除了有合理的结构方案、正确的结构计算简图外，正确填写抗震设防烈度和场地类别，合理选取电算程序总信息中的其他各项
11、参数也是十分重要的。 在工程设计中，多数房屋建筑按其抗震设防分类属于丙类建筑，如民用住宅、办公楼及一般工业建筑等等，其抗震等级可根据烈度、结构类型和房屋的高度按抗震规范附表确定。而电讯、交通、能源、消防和医疗等类建筑以及大型体育场馆、大型零售商场等公共建筑，首先，应当根据建筑抗震设防分标准确定其中哪些建筑属于乙类建筑（可能还有甲类建筑，本文不涉及） 。乙、丙类建筑，地震作用均按本地区抗震设防烈度计算。对于乙类建筑，一般情况下，当抗震设防烈度为68 度时，抗震措施应符合本地区抗震设防列度提高一度的要求。所谓抗震措施，在这里主要体现为按本地区设防烈度提高一度由抗震规范附表确定其抗震等级。 地震力的
12、振型组合数地震力的振型组合数，对高层建筑，当不考扭转耦联计算时，至少应取 3；当振型数多于 3 时，宜取 3 的倍数，但不应多于层数；当房屋层数2 时，振型数可取层数。对于不规则的结构，当考虑扭转耦联时，对高层建筑，振型数应取9；结构层数较多 或结构刚度突变较大，振型数应多取，如结构有转换层、顶部有小塔楼、多塔结构等，振型数应取12 或更多，但不能多于房屋层数的 3倍；只有当定义弹性楼板，且采用总刚分析，必要时，振型数才可以取的更多。 抗震规范指出，合适的振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的 90所需的振型数。SATWE 等电算程序已有这种功能，可以很方便地输出这种参与质量的比值。有些设
13、计人员不大重视电算程序使用手册的应用，选取振型数时比较随意，这是应当改进。此外，由耦联计算的地震剪力通常小于非耦联计算，仅当结构存在明显示扭转时才采用耦联计算，但在必要时应补充非耦联计算。 4.2 周期折减系数 框架结构，由于填充墙的存在，使结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期，因此，算出的地震剪力偏小，使结构偏于不安全，因而对结构的计算周期进行折减是必要的， 但对框架结构的计算周期不折减或折减系数取得过大都是不妥当的。对框架结构，采用砌体填充墙时，周期折减系数可取 0.60.7；砌体填充墙较少或采用轻质砌块时，可取 0.70.8 ；完全采用轻质墙体板材时，可取 0.9。只有无墙的
14、纯框架，计算周期才可以不折减。 5.其它注意事项 抗震验算时不同的楼盖及布置(整体性)决定了采用刚性、刚柔、柔性理论计算。抗震验算时应特别注意场地土类别。8 度超过 5 层有条件时，尽量加剪力墙，可大大改善结构的抗震性能。框架结构应设计成双向梁柱刚接体系，但也允许部分的框架梁搭在另一框架梁上。应加强垂直地震作用的设计，从震害分析，规范给出的垂直地震作用明显不足。 雨蓬不得从填充墙内出挑。大跨度雨蓬、阳台等处梁应考虑抗扭。考虑 抗扭时，扭矩为梁中心线处板的负弯距乘以跨度的一半。框架梁、柱的混凝土等级宜相差一级。由于某些原因造成梁或过梁等截面较大时，应验算构件的最小配筋率。出屋面的楼电梯间不得采用
15、砖混结构。 框架结构中的电梯井壁宜采用粘土砖砌筑，但不能采用砖墙承重。应采用每层的梁承托每层的墙体重量。梯井四角加构造柱，层高较高时宜在门洞上方位置加圈梁。因楼电梯间位置较偏，梯井采用混凝土墙时刚度很大，其它地方不加剪力墙，对梯井和整体结构都十分不利。建筑长度宜满足伸缩缝要求，否则应采取措施。如：增大配筋率，通长 配筋，改善保温，铺设架空层，加后浇带等。柱子轴压比宜满足规范要求。 当采用井字梁时，梁的自重大于板自重，梁自重不可忽略不计。周边一般加大截面的边梁。过街楼处的梁上筋应通长，按偏拉构件设计。突出屋面的楼电梯间的柱为梁托柱时应向下延伸一层，不宜直接锚入顶层梁内，并且托梁上铁应适当拉通。错层部位应采取加强措施。 女儿墙内加构造柱，顶部加压顶。出入口处的女儿墙不管多高，均加构造柱，并应加密。错层处可加一大截面梁，上下层板均锚入此梁。 6.结论 以上的一些体会在钢筋混凝土框架结构设计中经常遇到，也经常被忽略，希望引起设计人员的注意，以避免错误，使施工图的设计更完备，保证结构安全。 参考文献 1 建筑抗震设计规范GB50011-2010 中国建筑工业出版社 2 混凝土结构设计规范GB50010-2012 中国建筑工业出版社 3 建筑结构荷载规范GB500009-2012 中国建筑工业出版社
