淺析民用建筑多層框架結構設計

安樂

摘要：隨著我國經濟的快速發展，居住小區的建設越來越現代化。同時，伴隨著現代人生活方式的不斷改善，對于居住環境以及建筑的要求也是越來越高。為此，在現如今的多層民用建筑中，框架結構引起自身所具有的安全、可靠而備受社會所熱愛，應用也是越來越廣泛。作為較為基礎的一種結構設計類型，民用建筑多層框架結構設計自然也就成為建筑結構設計較為重要的一種。本文結合多層建筑結構設計中經常碰到的框架結構問題，簡要探討了問題的成因，并由此而提出了一系列應對策略，以期能為所需者提供借鑒。

關鍵詞：民用多層建筑；框架結構；設計；

中圖分類號：TU97 文獻標識碼： A

對于建筑結構設計而言，簡單來說就是通過結構語言的方式來更好的表達建筑設計人員所想要表達的內容。對于一項民用建筑而言，其工程質量的好壞將會對廣大的業主和用戶產生直接性的影響。而對于建筑質量，我們則主要從設計質量以及施工質量兩方面來對其進行衡量。建筑設計可以說是一項繁重而又有責任重大的工作，直接影響建筑物適用、安全、經濟以及合理性。但實際設計時卻經常會出現建筑結構設計的種種概念和方法上的差錯。

一、基礎系梁設置

基礎埋置的如果較深，可采取基礎系梁降低底層柱長。系梁在±0.00以下進行設置，按一層框架梁設計，系梁以下柱按短柱處理。如果項目環境符合《建筑抗震設計規范》，則需要設置基礎系梁。為滿足抗震需要，需沿兩主軸構造基礎系梁，其截面高為柱中心距1/12-1/15。取連接柱最大軸力值10％計算系梁縱向受力鋼筋壓力或拉力。如果是構造配筋，則需符合最小配筋率；如果樓梯柱或填充墻傳來荷載，則需疊加計算與所連接柱最大軸力值10％。適當增加基礎系梁截面，配筋需滿足受力和構造要求。構造基礎系梁的頂標高需要和基礎頂同高。為降低基礎系梁跨度，可把基礎梁下和獨立基礎臺階或錐形斜坡間空隙用混凝土澆筑至平齊，再進行基礎系梁的澆筑。如果用基礎系梁平衡柱底彎矩，基礎系梁截面與配筋按框架梁進行設計。全部拉通拉梁正彎矩鋼筋，至少在1/2跨拉通負彎矩鋼筋，縱筋在框架柱內錨固、箍筋加密及抗震構造都要和上部框架梁相同，同時保證此時拉梁設在基礎頂。

二、框架結構薄弱層處理

薄弱層指的是在大地震中，某些部位首先屈服并有較大彈塑性位移，他們的承載力設計需滿足抗震承載力要求，當地震烈度≧7度時才會出現。薄弱層對抗震極為不利，應盡量避免薄弱層，最基本的是加大該層抗側移剛度。如果允許，可減少基礎埋深或改變該層層高。如果無法避免，結構計算和出圖須按《建筑抗震設計規范》要求，除薄弱層地震剪力乘以1.15倍放大系數外，還需驗算樓層屈服強度系數。如果在地震烈度7-9度地區，結構樓層屈服系數<0.5，則要對彈塑性進行變形驗算，如果達不到規定要求，則須調整原有結構布置。

三、樓板開大洞結構計算

如果樓板開洞面積大于該樓層面積1-30％，就為平面不規則，計算時須作處理。以PKPM軟件來說，TAT和SATWE分別采用兩種方式處理。TAT將無樓板節點作為彈性節點，該節點不受剮性樓板假定限制，平動自由度獨立；SATWE軟件將所有樓板作為彈性膜，由軟件計算樓板平面內剛度，忽略樓板外剛度。如果樓層洞口面積超過樓層面積的30％，則可把全樓樓板定義為彈性膜，也可將該層洞口邊緣節點定義為彈性節點；如果屋面為剛網架，則可定義為彈性膜。

四、框架梁柱偏心

工程實際中，建筑外墻與柱邊平齊，框架梁可設挑耳或與柱偏心。如果框架粱設挑耳，可讓框架梁與框架柱中心對齊，均利于梁、柱受力。但填充墻構造柱下部與上部縱筋不好錨固，可如此處理，如圖1。如果框架柱與框架梁偏心，地震會造成梁柱節點核芯區受剪面積不足，對柱帶來扭轉效應。所以，建議外框架梁盡量設挑耳。

五、短柱

如果柱凈高與柱截面高≦4或剪跨比≦2，則該柱即為短柱。在地震作用下，短柱易脆性破壞。短柱受剪承載力和變形能力不足，可能會破壞建筑物，設計上盡量避免。短柱成因有二：樓梯間半休息平臺或結構局部錯層造成兩框架梁之間框架柱凈高較小；填充墻不當設置造成某層框架柱兩側一部分無填充墻，一部分有填充墻，無填充墻柱凈高與柱截面之比≦4，形成短柱。為此，我們可以增加柱抗剪承載力及改善變形能力，采用復合箍筋，沿全高加密；保證短柱縱向鋼筋對稱布置，每側縱向配筋率≦1.2％，也可外包鋼板、配x形鋼筋等。

六、合理選用部分計算參數

1、折減梁扭矩

現澆框架結構中，如果梁兩邊沒有樓板或有弧形梁時，扭矩折減系數應為 1.0；如果梁兩側均有樓板，應對梁的扭矩進行折減，折減系數一般為 0.4。對于一般工程，梁的配筋應計算兩次：一次對所有梁的扭矩折減，計算出兩側都有樓板的梁的配筋；另一次對所有的梁扭矩不折減，計算出一側有樓板或兩側都沒有樓板的梁的配筋。這樣計算結構比較符合實際。

2、梁端負彎矩調整系數與粱彎矩放發系數

結構計算時，框架梁在豎向荷載作用下，梁端負彎矩往往很大，造成鋼筋太密，無法施工；同時，由于框架結構一般為超靜定結構，框架梁在達到承載能力極限狀態之前，總會產生不同程度的塑性內力重分布。所以，可以適當降低框架梁在豎向荷載作用下的負彎矩，通過平衡條件相應增大梁跨中彎矩。應注意這里只是降低梁在豎向荷載作用下的負彎矩，然后再與水平作用產生的彎矩組合設計。而梁彎矩放大系數僅在沒有考慮梁的活荷載不利布置時起作用，并且對梁的正負彎矩均起作用，且不可與考慮梁的活荷載不利布置同時考慮，這樣會引起梁彎矩增大，浪費材料。

七、平法圖集注意事項

大多數框架結構都按照《混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖》的標準來表示梁、柱、剪力墻配筋，但使用圖集需注意：如果采用剖面列表法表示配筋，則要注意每層樓面標高以下箍筋加密區長度應為框架梁高與規范箍筋加密區長度之和，因為PKPM軟件出圖時加密區長度不包含梁高，施工人員如按圖施工，會造成箍筋加密區高度不夠。此外，一層建筑地面在主體結構澆筑完后才施工，如果一層地面為剛性地面，根據《建筑抗震設計規范》規定，柱箍筋在剛性地面上下各500mm范圍內需加密，這點容易被施工單位忽視，設計人需要在圖紙設計中交待明確。井字梁支座上部縱筋外伸長度應交待清楚，設計人需明確指出。此外，如果梁截面過小或承載力過大，框架梁如設三排縱筋，則可調整梁截面或縱筋直徑為兩排，否則，第三排縱筋外伸長度需交待。

八、非結構構件設計

《建筑抗震設計規范》規定，非結構構件（包括建筑非結構構件和建筑附屬機電設備等）需作抗震設計。如框架結構中女兒墻構造柱，如果高度>1.0m，則要進行結構構造，保證墻體穩定。建筑裝飾用砌塊柱穩定性、突出屋面小構架內力與配筋等都有專門規定，設計人員需嚴格遵守。突出屋面女兒墻、屋頂間、煙囪地震作用，乘以增大系數3，增大部分不往下傳遞，但與該突出部分相連構件需計入。框架結構中突出屋面的樓梯間、電梯間、水箱間可用框架承重，不用砌體承重。

九、結論

多層框架結構設計，設計者須先判斷結構方案可行性，提前采取措施解決可能碰到的問題，認真分析、判斷所有計算，準確無誤方可用于實際。

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