1、1解析钢筋混凝土多层框架结构设计中问题摘要：多层框架结构在现代房屋建筑中应用较广，设计工作极为重要，直接关系着建筑的质量，然而实际设计时，由于设计人员考虑不周、计算失误，或受其他不确定因素影响，存在着很多问题，如框架简图设计不合理、结构计算参数选取不当等，一旦这些问题发生，将对框架产生不利，影响框架结构的稳定性。为此，需采取相应的措施加以解决。 关键词：钢筋混凝土多层框架结构；基础荷载取值；框架计算简图；抗震能力 中图分类号：TU375 文献标识码：A 0 引言 经济技术的发展加速了建筑行业的进步，作为建筑的主要承重体系，框架结构意义重大，钢筋混凝土多层框架结构是其中一种，自重较轻、承载力强，
2、结构布置灵活，具有良好的整体性和抗震性，在各种建筑建设中都有广泛应用。多层框架结构的设计工作十分关键，而在诸多因素的影响下，很容易出现设计中的问题。 1 独立基础的荷载取值问题 在多层框架房屋建筑中，常选择柱下独立式基础，即整个建筑底层的配筋基础，多位于十字轴线交汇处。为保证上层建筑的安全稳定，独立式基础必须具有足够的承载力，尤其是抗震性，务必要符合要求。据建筑抗震性的有关条例规定：如果地基的主要受力范围没有软土地基，2则不管是多层框架建筑，还是普通的民用框架建筑，凡是低于 8 层的，可以省去地基抗震承载力的验算工作。这说明位于 8 度地震区的房屋建筑，若采用钢筋混凝土多框架结构，从理论上讲，
3、可以不对地基的抗震性进行验算。然而，风荷载仍是需要考虑的因素，这就要求在整体性能的计算中，风荷载是必须输入的一项，切不可因为风荷载不起主要控制作用，就将其忽略。 另外，在独立式基础设计中，基础顶面有外力施加时，可能是轴力、剪力或弯矩，应对其做综合考虑，若只对某一种或两种力进行设计，务必会因遗漏影响到基础的设计尺寸，使得配筋量减少，破坏基础稳定，致使上部结构的可靠性有所降低。 2 框架计算简图的设计问题 多层框架建筑如果没有建立地下室，独立式基础往往要埋置很深，若将基础拉梁设置在地下约 0.05m 处，则计算时，应按层 1 进行输入。某房屋建筑采用的是 4 层框架结构，层高 4.2m ，基础高度
4、为 1m ，基础埋深 3.8m ，建筑室内外的高差为 0.5m 。按照抗震性的有关规定，此建筑的抗震等级为二级。实际计算时，设计人员假设基础拉梁设置在地下约 0.05m 处，该建筑嵌固在其顶面，则取首层高度 4.25m ,基础拉梁的配筋、断面均是按照构造进行设计的，基础则按照中心受压计算。若计算简图如此设计，显然缺少合理性，原因为：设计的拉梁难以实现柱脚弯矩的平衡；有相关规定，在确定框架底层柱的高度时，应按照基础顶面到首层楼盖顶面的高度取值。从以往的设计经验来看，基础拉梁层应按层 1 输入，如果有其他荷载作用在拉梁上，需将荷载一同输入，所3以此建筑在整体分析计算时，按 5 层进行比较合适。如此
5、一来，可求得首层层高为 H1 510.05 3.95m ，2 层高度为 4.25m ，层 3 和层 4 的高度都是 4.2m 。而按照规定，在设计框架柱底层的柱脚弯矩值时，应乘以增大系数 1.25 。如果要设计拉梁层，需注意，底层柱的配筋受两种主要因素控制，一是基础拉梁顶面的截面，二是基础顶面的截面，务必要确定其控制截面。另外，地基土可能会对计算简图形成一定程度的限制，遇到这种情况，在程序中进行输入时，可将地下室的层数按 1 输入，然后经过一次复算，结合两次计算形成的包络图，最终开展框架结构底层柱的配筋工作。 3 基础拉梁的设计问题 在选择多层框架结构的建筑中，如果基础埋深较深，通常要选择合适
6、的位置，结合框架梁进行基础拉梁设计，同时还应设计符合要求的箍筋加密区，如此可有效地减少底层位移，缩短结构底层柱的计算长度，需注意，在设置基础拉梁时应尽量按照框架梁而不是构造要求进行设置。考虑到框架结构的抗震性，显然短柱基础比较合适，应设计好相应的方案。正常情况下，如果独立式基础的埋深值较大却设置有短柱基础，或者埋深值较小时，受柱子荷载及地基影响，可按照抗震要求沿着两个主轴方向进行基础拉梁的设计，在取值时，其截面宽度通常为柱中心距的1/301/20 ,高度为柱中心距的 1/181/12。构造基础拉梁的截面可取上述值范围的下限，纵向受力钢筋的压/拉力可按与其相连柱子的最大轴力值的 1/10 取值。
7、若是为构造配筋，首先最小配筋率应符合要求，其次，上下至少应大于 214 配筋，而箍筋也应在 18200 以上。楼梯柱等4物可能会对拉梁施加一定的压力，使其荷载更大，拉梁为承受这些荷载，应对截面进行适当地调整，计算出的配筋和上述构造的配筋相叠加。关于构造基础拉梁的顶标高，一般而言，是和短柱的顶标高或基础高相一致的。 遇此状况，可按照偏心受压的基础进行基础设计。 因柱底弯矩十分重要，为将其平衡，即便基础埋深值较小，或框架底层层高有限，基础拉梁可能也要设计的十分强大。这种情况下，应保证拉梁的正弯矩钢筋全跨拉通，负弯矩钢筋至少在 1/2 跨拉通。拉梁的正弯矩和负弯矩钢筋在框架柱内的锚固、拉梁箍筋的加密
8、以及有关抗震构造要求必须和上部框架梁保持一致。此时，将拉梁设置在基础顶部比较合适。 4 基础拉梁层计算模型的设计问题 若建筑采用的是多层框架结构，在利用相关程序对框架整体进行计算时需注意，因基础拉梁层没有楼板，所以楼板厚度取值应为零值，同时定义相关的弹性节点，并使用总刚分析法展开相应的分析计算工作。然而在实际设计时，常常因疏忽而做的不到位，比如没有定义弹性节点，或没有采取总刚分析法，利用 SATWE 等程序在分析过程中，可能就会自动按照刚性楼面的假设继续计算，以至于最终结果与实际有太大的误差。关于房屋平面不规则的问题，务必要加强重视。 5 楼电梯的井筒设计问题 在建筑采取多层框架结构时，如果设
9、计有楼梯或电梯的井筒，会消耗掉很大一部分地震剪力，使得框架结构承担的剪力有所减少，另外，井筒的基础设计工作较复杂，有很大的难度，所以，框架结构通常不会5设置钢筋混凝土的井筒，大多都是使用砌体材料将井筒做成填充墙的形式，起隔离作用。如果条件不允许，必须设置井筒，为避免吸收过多的剪力，往往会把筒壁设计的很薄，同时应减小井筒的刚度，比如开竖缝等方法。对其配筋时，为避免井筒发生过大的作用，选择钢筋应以单排钢筋为佳，而且数量要适中，不能过多。而在设计计算时，首先应结合框架结构来确定抗震等级，在此基础上计算之后，需结合带井筒的框架进行复核，如果建筑的平面不规则，还应多考虑耦联问题，然后加强与墙体相连的柱子
10、的配筋。 此外，采用多层框架结构时还应注意，如果设置有出屋面的水箱间或电梯间，承重时禁止使用砌体墙，而应选择框架承重，同时结合鞭梢效应，为保证安全，应乘以最大系数。若设置有雨篷等构件，切记应从承重梁而非填充墙上挑出，楼梯梁亦是如此，应设置在承重柱上，而不是填充墙上。 6 关键参数的设计问题 在开始工程设计之前，必须对所有必要的参数进行计算，确保其符合要求。关于计算结果，主要涉及楼层的地震剪力、侧向刚度比、弹性层间位移；结构的自振周期；梁柱配筋，墙柱轴压比；抗震墙所承受的地震倾覆力矩与总倾覆力矩的比值等。计算工作多是依靠计算机完成的，为确保计算结果符合要求，在计算过程中需保持谨慎，至少应做到以下
11、几点：保证结构方案的可行性和合理性；制定正确合理的结构计算简图；准确填写抗震设防烈度以及场地类别；电算程序中的其他参数应合理选取并正确输入。 66.1 结构的抗震等级 各类房屋建筑在建设时，都会考虑到其抗震性，并采取相应的抗震措施对其进行抗震设计，这便是抗震设防。按照设防类别，可将建筑分为甲类、乙类、丙类、丁类四种。现实中诸如办公楼、工民建等多数房屋建筑都属于丙类建筑，影响其抗震等级的因素主要有建筑高度、结构类型以及地震烈度等。针对大型商场、消防建筑、体育场馆以及医院、通讯等领域的各类建筑，务必要根据相关规定，先判断各自等级，并将其分类。乙类建筑和丙类建筑都按照本地区的抗震设防烈度进行计算。一
12、般而言，如果乙类建筑的抗震设防烈度为 6-8 度，在采取措施进行抗震设防时，应尽量比本地区的设防烈度高一度。如某乙类建筑所在地区属于 8 度地震区，则设防工作应采取 9 度的抗震措施。若建筑高度超过了规定的高度，应采取更为有效的抗震措施。如果某乙类建筑位于 8 度地震区，在设计时，误将其当做丙类建筑进行设计，则其抗震能力必将大幅降低，需对设计进行很大的修改。所以务必要对此加以重视。 6.2 地震力的振型组合数 在各类高层建筑中，如果对扭转耦联计算忽略不予考虑，则地震力的振型组合数至少为 3；若振型数超过 3 ，在不超过层数的前提下应取3 的倍数。若房屋为 1 层或 2 层建筑时，振型数可以按层
13、数取值。另外，某些高层建筑的结构很不规则，若考虑其扭转耦联，振型数至少应为 9 。若结构的层数较多，或者结构的刚度会发生较大的突变，振型数应尽量多取；当结构层中有转换层，顶部有小塔楼时，振型数至少为 12 ，但必须在房屋层数 3 倍的范围之内。只有在非常必要，而且定义弹性楼板、7采用总刚分析法的情况下，才能取更大的振型数。按照相关规定，合适的振型个数通常可以取振型参与质量达到总质量的 90%所需的振型数。在计算时，某些电算程序具备有此功能，能够很方便地将此类参与质量的比值输出。须注意的是，针对部分设计人员随意选取振型数的情况，应多加注意，同时需加强对电算程序使用手册的重视，发挥其应有的作用。在
14、计算地震剪力时，耦联计算和非耦联计算得出的结果不同，前者往往要低于后者，所以，当结构的扭转比较明显时，耦联计算较为适宜，然而必要时依旧要对非耦联计算进行补充。 6.3 结构的周期折减系数 在建筑中采用多层框架结构时，通常会设置有填充墙，使得结构的实际周期比计算周期要短，而刚度则比计算刚度大，所以，按此计算得出的地震剪力较小，结构安全得不到良好的保障。这就要求折减计算周期，折减系数的把握尤其重要，过大或过小都不适合。而在框架中如果使用的是砌体填充墙，结构的周期折减系数一般为 0.6-0.7 ；若采用的砌块质量较轻，折减系数可取到 0.7-0.8 ；若完全采用轻质墙体板材时，可取到 0.9 ；若要
15、不折减，需采用无墙的纯框架。 6.4 框架的梁柱箍筋间距 框架的抗震等级不同，梁柱箍筋间距也各有差异，相关规定对此有详细记录。在建筑工程中，加密区的梁柱箍筋最大间距通常取值为 100mm ，而非加密区则取值为 200mm 。在利用 SATWE 等程序计算时，系统也将其间距内设为 100mm ，并按照此值对加密区的箍筋面积进行计算，然后设计人员按照相关规定选择箍筋的直径。 8须注意的是，如果间距由电算程序内定，则仅配有两肢箍筋的框架梁，一旦跨中存在次梁，或者出现其他的荷载压力，非加密区箍筋间距若保持原值不变，就很容易出现梁的非加密区箍筋不足的情况。若因各种因素影响，框架梁中的纵向钢筋超筋时，可适
16、度地增加梁端的抗剪承载力，以提高结构的抗震性，所以有相关规定，当两端纵向受拉钢筋配筋率超过 2%时，框架梁的箍筋直径应比最小构造直径增加 2mm 。另外，如果框架内定柱加密区箍筋间距为 100mm ，可能会遇到一些特殊情况，因非加密区的箍筋间距取原值而造成箍筋不足。有一点须清楚，即梁柱箍筋非加密区的配箍验算时，可以忽略强剪弱弯的要求，即剪力设计值取加密区终点处外侧的组合剪力设计值，而且可以不乘增大系数。 7 结束语 在现代化建筑中，钢筋混凝土多层框架结构具有良好的抗震能力，而且结构较为灵活，应用十分广泛，其结构形式很简单，但设计时需认真设计，文中介绍了一般设计时常出现的问题，并对其进行了分析。 参考文献： 1 金恩平.钢筋混凝土多层框架结构设计中若干问题辨析J.四川建筑科学研究，2007,24（6）：120-121 2 王文华.综合分析钢筋混凝土多层框架结构设计J.城市建设，2013,20（12）：213-214 3 刘水.浅析钢筋混凝土多层框架结构设计中的技术要点J.城市建设理论研究，2012,23（14）：149-151 4 陶薇.关于建筑混凝土多层框架结构设计的思考J.城市建设理9论研究，2013,22（24）：133-134 5 王磊,张伯林. 钢筋混凝土多层框架房屋结构设计中应当注意的几个问题J.煤炭工程，2007,21（9）：137-138
