多層建筑結構設計中框架結構的問題分析與處理

【內容摘要】在我國建筑工程項目中，多層建筑結構設計工作是一項十分重要的工作內容，在建筑工程項目中占有十分重要的地位和作用。多層建筑框架結構設計是建筑結構設計中較為基礎并且重要的形式，在設計過程中，應根據相關規范作科學合理的設計。本文就建筑框架結構設計中經常遇到的問題進行分析，并提出具體處理措施，希望對以后的相關研究提供參考和借鑒。

【關鍵詞】框架結構；結構設計；處理措施

1引言

近年來，隨著建筑功能和建筑造型要求日趨多樣化，建筑結構設計已經原來越引起人們的重視。建筑框架結構設計作為現行比較常用的模式，已經廣泛應用在各類建筑中，目前，我國多層建筑的框架結構設計工作中，逐步實現了與國外先進理念的融合與接軌，建筑框架結構的體系與模式也呈現出了多渠道發展的新態勢。建筑豎向體形和平面布置也越來越復雜，給建筑結構設計人員帶來了許多新的問題，給多層建筑結構設計提出了更高的要求。多層建筑結構設計采用框架結構形式，可形成內部大空間，同時也能進行靈活的建筑平面布置。因此，框架結構體系在結構設計中應用甚廣，特別是在高度不超過50m的多層建筑結構中，其優勢更為突出。與此同時，多層建筑框架結構設計過程中的一些現實問題卻往往被忽視，給建設工程質量留下了安全隱患。

2框架結構設計原則

（1）剛柔相濟

建筑物框架結構不宜太柔，太柔的結構由于變形能力強，可以很好的抵御和削減外力，但是如果外力持續襲來，則會導致變形過大而使全體傾覆；也不宜太剛，太剛會導致結構變形能力差，如果承受瞬間巨大破壞力，容易使局部受損進而導致全部毀壞。

（2）層層設防

結構安全體系需要層層設防，當強大的外力襲來，所有抵抗外力的結構通力合作抵御外力。如果把抵御外力的任務寄托在一個結構上，是非常危險的。如土建結構中多肢墻比單片墻好，框架剪力墻比純框架好等等，就是體現了多道防線的設計思路。

（3）抓大放小

絕對安全的結構是沒有的。各個構件擔任的角色不盡相同，按照其重要性也就有輕重之分，他們共同構成協調統一的整體。一旦巨大的破壞力量突然襲來，各個構件協作抵抗的目的，就是為了保住最重要的構件免遭摧毀。例如，在鋼框架結構中，柱承擔的責任比梁大，柱不能先倒。為了保證柱是在最后失效，我們故意把梁設計成相對薄弱的環節，使其破壞在先，以最大限度減少可能出現的損失。

3框架結構的設計要點

（1）樓板開大洞計算問題

樓板開洞是建筑結構設計中比較常見的問題，如果開洞面積大于該層樓面面積的30％，就屬于平面不規則了，計算時必須進行處理。

（2）短柱問題

在框架結構中，如果剪跨比小于等于2，或者柱凈高與柱截面高度小于等于4，那么該柱為短柱。因為短柱的受剪承載力及變形能力不足，在地震作用下，容易發生脆性破壞，從而引起建筑物的嚴重破壞，設計上應盡量避免短柱形成。短柱的形成主要有以下兩種原因：①填充墻設置不當，造成某層的框架柱兩側一部分有填充墻，一部分沒有填充墻，無填充墻的柱凈高與柱截面之比往往小于等于4，形成短柱；②由于結構局部或者樓梯間半休息平臺錯層造成兩個框架梁之間的框架柱凈高較小，因此產生短柱。

（3）薄弱層判定問題

在強烈地震下，結構首先屈服并產生較大彈塑性位移的部位就是薄弱層，一般情況下，這些部位的承載力是滿足設計地震作用下抗震承載力要求的，只有在地震強度大于等于7度的地區才可能出現問題。

①如果結構存在轉換層，即豎向抗側力構件不連續， 那么不管該層剛度與上層或上三層的比值是否滿足規范要求，或樓層承載力是否滿足規范要求，必須強制認為該層為薄弱層；

②如果結構的抗側移剛度不規則。某層的抗側移剛度小于相鄰上一層的70％， 或小于其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80％，或樓層承載力突變，可以將該層指定為薄弱層。

（4）梁、板和柱的強度設置問題

在施工過程中，梁、板和柱常常采用不同等級的混凝土，從受力特征來看，這樣處理比較經濟合理，然而，從實際效果來看，往往不盡如人意。梁、板和柱如若采用三種等級的混凝土，將會使施工工序變得復雜，延長施工工期，增加施工難度。除此之外，還可能出現高強度的梁或節點澆筑低強度混凝土或者低強度等級的梁或節點澆筑高強度混凝土等不合理現象。給施工造成嚴重質量和安全隱患。

（5）框架結構設計管理問題

雖然我國多層建筑框架結構設計起步比較晚，但是經過長期的施工實踐活動，我們也逐漸掌握了一些技術和管理經驗，然而，相對于國外發達國家而言，我國現行的多層建筑框架結構設計技術仍然比較陳舊和落后，難以滿足我國多層建筑框架結構的設計要求和我國現代化建設的飛速發展。

4框架結構的處理措施

（1）樓板開大洞計算處理措施。以PKPM 軟件為例來說，SAT和TAT、IVE分別采用了兩種方式進行處理。SAT—WE軟件是將所有樓板定義為彈性膜，由軟件真實地計算樓板的平面內剛度，忽略樓板的片面外剛度；TAT軟件是將無樓板的節點定義為彈性節點，也就是表明該節點不受剮性樓板假定的限制，其平動自由度獨立。

（2）短柱的處理措施。短柱的處理可以采用配X形鋼筋和外包鋼板的方式；也可以采用復合箍筋，并使箍筋沿全高加密的方式增加柱的抗剪承載力來改善其變形能力，保證短柱的縱向鋼筋對稱布置，且每側的縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2％的方式處理。

（3）薄弱層的處理措施。薄弱層處理的最基本方式就是加大該層梁截面或柱截面，如果有條件，還可以通過改變層高或減少基礎埋置深度。當無法避免會出現薄弱層的時候，我們可以在結構計算和出圖時采取必要的補救措施，比如，除對薄弱層的地震剪力乘以1.15倍的放大系數外，還應對結構的樓層屈服強度系數進行驗算。

（4）梁、板和柱的強度設置處理措施。結構設計時最好采用統一的強度等級；或柱采用一種混凝土強度等級，梁和板采用另一種混凝土強度等級，并且只在節點處采取特殊措施，以簡化施工工藝，提高施工效率，保證施工質量。

（5）框架結構設計管理的強化措施。多層建筑的框架結構技術管理，并不是單純照搬國外的技術管理經驗，而是要在原有技術管理經驗的基礎上，進行重新改進，以逐步形成適合我國現代多層建筑框架結構設計的技術管理的理論和觀念。框架結構設計的技術管理涉及到很多方面，而且相對復雜、多樣，以及難以具體操作和進行。只有加強了多層建筑框架結構設計的技術管理，才能有效提高現代建筑工程的技術要求。

5結語

本文主要闡述了多層框架結構在設計過程中的基本問題，當然實際工程可能會遇到更多問題，在此不再贅述。設計單位和設計人員要積極運用科學化的設計方法與理念，首先判斷結構方案的可行性，對可能碰到的問題提前采取措施予以解決，并對所有框架結構設計認真分析、判斷，準確無誤后方可應用于實際工程，這樣才能確保多層建筑框架結構設計工作的有序進行，進而實現框架結構的優化。

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