多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)心得

王汝冬

摘 要：筆者根據(jù)近年來參與的一些多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作、總結(jié)了設(shè)計(jì)過程中遇到的設(shè)計(jì)問題及需要使用的結(jié)構(gòu)措施，提出了個(gè)人的一些心得及體會(huì)，希望與同行共同探討研究。

關(guān)鍵詞：多層框架設(shè)計(jì)；常見問題；結(jié)構(gòu)措施

0.引言

隨著我國建筑市場(chǎng)的發(fā)展，框架結(jié)構(gòu)已是目前市場(chǎng)上最多的一種結(jié)構(gòu)形式，作者把近年來一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的問題及心得寫出來，希望與同行們共同進(jìn)步。

1.底層計(jì)算高度取法心得

按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010-2002）第7.3.11 條的規(guī)定，底層框架柱的高度從嵌固端算起。實(shí)際工程的底層計(jì)算高度一般可能會(huì)有三種取法：從基礎(chǔ)頂面算起、從基礎(chǔ)系梁頂面算起、從室外地面下500mm 處算起。框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)一般為獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)，一般情況下底層計(jì)算高度從獨(dú)基或條基頂面算起是沒有任何問題的。但有的工程獨(dú)立基礎(chǔ)之間設(shè)基礎(chǔ)系梁，那么底層計(jì)算高度是否可以從基礎(chǔ)系梁頂面算呢？我認(rèn)為肯定不行，最簡(jiǎn)單的道理，基礎(chǔ)系梁不是框架柱的嵌固端。一些設(shè)計(jì)者可能會(huì)碰到這種情況，如果底層計(jì)算高度從基礎(chǔ)頂面算起，底層的抗側(cè)移剛度可能小于上一層剛度的70%，或小于上三層抗側(cè)移剛度平均值的80%， 根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）第3.4.3 條，底層為薄弱層；如果計(jì)算高度從基礎(chǔ)系梁頂面算，底層可能不是薄弱層。這時(shí)一些設(shè)計(jì)人可能采取加大基礎(chǔ)系梁截面尺寸和配筋的方式，底層計(jì)算高度從基礎(chǔ)系梁頂面算起，從而避免薄弱層的出現(xiàn)。這種做法是不對(duì)的，避免薄弱層的出現(xiàn)應(yīng)采取其他的措施（詳下文），因?yàn)榧词辜哟蠡A(chǔ)系梁的截面和配筋，基礎(chǔ)系梁仍不能作為底層框架柱的嵌固端。有的設(shè)計(jì)人認(rèn)為底層框架柱有一部分埋入土中，考慮地基土的約束作用，人為的將底層計(jì)算高度從室外地面下500mm 處算起。我認(rèn)為這種取法也是不對(duì)的，地基土固然對(duì)框架柱有約束作用，但只能是一種安全儲(chǔ)備，而不能認(rèn)為地面下500mm處為框架柱的嵌固端，從而減少底層框架柱的計(jì)算高度，為結(jié)構(gòu)安全使用留下隱患。綜上所述，底層計(jì)算高度應(yīng)從基礎(chǔ)頂面算起，而不應(yīng)從基礎(chǔ)系梁頂面或室外地面下500mm 處算起。

2.基礎(chǔ)系梁的設(shè)置的設(shè)計(jì)心得

一般工程地質(zhì)情況良好時(shí)，對(duì)于多層框架結(jié)構(gòu)而言可不設(shè)基礎(chǔ)系梁。我主要講一下設(shè)置基礎(chǔ)系梁時(shí)應(yīng)注意的問題。基礎(chǔ)系梁主要有三種應(yīng)用方式：減少底層柱的計(jì)算長(zhǎng)度、抗震規(guī)范要求設(shè)置、平衡柱底的彎矩。如果基礎(chǔ)埋置深度較深時(shí)，可以用基礎(chǔ)系梁減少底層柱的計(jì)算長(zhǎng)度用，在正負(fù)0.00 以下設(shè)置，此時(shí)系梁宜按一層框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)系梁以下的柱應(yīng)按短柱處理。如果工程條件符合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.1.11 條規(guī)定，應(yīng)設(shè)基礎(chǔ)系梁。根據(jù)抗震要求，可沿兩個(gè)主軸方向設(shè)置構(gòu)造基礎(chǔ)系梁。基礎(chǔ)系梁截面高度可取柱中心距的1/12～1/15 之間。構(gòu)造基礎(chǔ)系梁的縱向受力鋼筋可取上述所連接柱子的最大軸力設(shè)計(jì)值的10%作為拉力或壓力來計(jì)算，當(dāng)為構(gòu)造配筋時(shí)，應(yīng)滿足最小配筋率；當(dāng)基礎(chǔ)系梁上作用有填充墻或樓梯柱等傳來的荷載時(shí)，應(yīng)與所連接柱子的最大軸力設(shè)計(jì)值的10%疊加計(jì)算，基礎(chǔ)系梁截面也應(yīng)適當(dāng)增加，算出的配筋應(yīng)滿足受力要求和構(gòu)造配筋要求。構(gòu)造基礎(chǔ)系梁頂標(biāo)高通常與基礎(chǔ)頂標(biāo)高相同。

3.框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中薄弱層的判定與處理

3.1薄弱層如何判斷

對(duì)于薄弱層的判斷，有個(gè)人指定、計(jì)算判定、強(qiáng)制認(rèn)為三種方式。在PKPM 的SATWE 軟件里，設(shè)計(jì)人根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.5.4 條規(guī)定或個(gè)人經(jīng)驗(yàn)可以直接指定哪一層為薄弱層；軟件在計(jì)算時(shí)，如果結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度不規(guī)則，某層的抗側(cè)移剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值的80%，或樓層承載力突變，滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.4.2條豎向不規(guī)則的規(guī)定，軟件自動(dòng)將該層指定為薄弱層；如果結(jié)構(gòu)存在轉(zhuǎn)換層，即豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，那么不管該層剛度與上層或上三層的比值是否滿足規(guī)范要求，或樓層承載力是否滿足規(guī)范要求，必須強(qiáng)制認(rèn)為該層為薄弱層。

3.2薄弱層如何處理

薄弱層是對(duì)抗震極為不利的結(jié)構(gòu)層，原則上應(yīng)避免出現(xiàn)薄弱層。避免出現(xiàn)薄弱層的最基本方法是加大該層的抗側(cè)移剛度，即加大該層的柱截面或梁截面；如果條件允許，可以改變?cè)搶訉痈呋驕p少基礎(chǔ)埋置深度。但無法避免出現(xiàn)薄弱層時(shí)，在結(jié)構(gòu)計(jì)算和出圖時(shí)必須按照規(guī)范規(guī)定采取相應(yīng)的措施。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.4.3.2 條及第5.5.2 條～ 第5.5.5條的規(guī)定，除對(duì)薄弱層的地震剪力乘以1.15 倍的放大系數(shù)外，還應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算。樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)為按構(gòu)件實(shí)際配筋和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的樓層受剪承載力和按罕遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的樓層彈性地震剪力的比值。

4.樓板需開大洞時(shí)結(jié)構(gòu)計(jì)算的注意事項(xiàng)

樓板開洞的結(jié)構(gòu)比較普遍，如果開洞面積大于該層樓面面積的30%，就屬于平面不規(guī)則了，計(jì)算時(shí)必須進(jìn)行處理。以PKPM 軟件為例來說，TAT 和SATWE 分別采用了兩種方式進(jìn)行處理。TAT 軟件是將無樓板的節(jié)點(diǎn)定義為彈性節(jié)點(diǎn)，也就是表明該節(jié)點(diǎn)不受剛性樓板假定的限制，其平動(dòng)自由度獨(dú)立（在這里所指的節(jié)點(diǎn)為梁柱交點(diǎn)）；SATWE 軟件是將所有樓板定義為彈性膜，由軟件真實(shí)的計(jì)算樓板的平面內(nèi)剛度，忽略樓板的平面外剛度。建議如果某層洞口面積大于樓層面積的30%以上時(shí)，應(yīng)將全樓所有樓板定義為彈性膜比較符合實(shí)際，也可以將該層洞口邊緣節(jié)點(diǎn)定義為彈性節(jié)點(diǎn)（即不考慮樓板的剛度）；如果屋面為剛網(wǎng)架時(shí)，應(yīng)輸入一板厚，定義為彈性膜，真實(shí)計(jì)算樓板的平面內(nèi)剛度，比較符合實(shí)際。

結(jié)語：本文主要闡述了作者在設(shè)計(jì)工作中的一些心得及體會(huì)，筆者認(rèn)為設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)首先判斷結(jié)構(gòu)方案的可行性，對(duì)可能碰到的問題，提前采取措施予以解決，并對(duì)所有計(jì)算結(jié)果認(rèn)真分析、判斷，這樣才能設(shè)計(jì)出合格的建筑產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB 50011-2001 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB50010-2002 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].