多層框架結構設計心得

王汝冬

摘 要：筆者根據近年來參與的一些多層框架結構設計工作、總結了設計過程中遇到的設計問題及需要使用的結構措施，提出了個人的一些心得及體會，希望與同行共同探討研究。

關鍵詞：多層框架設計；常見問題；結構措施

0.引言

隨著我國建筑市場的發展，框架結構已是目前市場上最多的一種結構形式，作者把近年來一些結構設計中遇到的問題及心得寫出來，希望與同行們共同進步。

1.底層計算高度取法心得

按《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2002）第7.3.11 條的規定，底層框架柱的高度從嵌固端算起。實際工程的底層計算高度一般可能會有三種取法：從基礎頂面算起、從基礎系梁頂面算起、從室外地面下500mm 處算起?？蚣芙Y構的基礎一般為獨立基礎或條形基礎，一般情況下底層計算高度從獨基或條基頂面算起是沒有任何問題的。但有的工程獨立基礎之間設基礎系梁，那么底層計算高度是否可以從基礎系梁頂面算呢？我認為肯定不行，最簡單的道理，基礎系梁不是框架柱的嵌固端。一些設計者可能會碰到這種情況，如果底層計算高度從基礎頂面算起，底層的抗側移剛度可能小于上一層剛度的70%，或小于上三層抗側移剛度平均值的80%， 根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）第3.4.3 條，底層為薄弱層；如果計算高度從基礎系梁頂面算，底層可能不是薄弱層。這時一些設計人可能采取加大基礎系梁截面尺寸和配筋的方式，底層計算高度從基礎系梁頂面算起，從而避免薄弱層的出現。這種做法是不對的，避免薄弱層的出現應采取其他的措施（詳下文），因為即使加大基礎系梁的截面和配筋，基礎系梁仍不能作為底層框架柱的嵌固端。有的設計人認為底層框架柱有一部分埋入土中，考慮地基土的約束作用，人為的將底層計算高度從室外地面下500mm 處算起。我認為這種取法也是不對的，地基土固然對框架柱有約束作用，但只能是一種安全儲備，而不能認為地面下500mm處為框架柱的嵌固端，從而減少底層框架柱的計算高度，為結構安全使用留下隱患。綜上所述，底層計算高度應從基礎頂面算起，而不應從基礎系梁頂面或室外地面下500mm 處算起。

2.基礎系梁的設置的設計心得

一般工程地質情況良好時，對于多層框架結構而言可不設基礎系梁。我主要講一下設置基礎系梁時應注意的問題。基礎系梁主要有三種應用方式：減少底層柱的計算長度、抗震規范要求設置、平衡柱底的彎矩。如果基礎埋置深度較深時，可以用基礎系梁減少底層柱的計算長度用，在正負0.00 以下設置，此時系梁宜按一層框架梁進行設計，同時系梁以下的柱應按短柱處理。如果工程條件符合《建筑抗震設計規范》第6.1.11 條規定，應設基礎系梁。根據抗震要求，可沿兩個主軸方向設置構造基礎系梁?；A系梁截面高度可取柱中心距的1/12～1/15 之間。構造基礎系梁的縱向受力鋼筋可取上述所連接柱子的最大軸力設計值的10%作為拉力或壓力來計算，當為構造配筋時，應滿足最小配筋率；當基礎系梁上作用有填充墻或樓梯柱等傳來的荷載時，應與所連接柱子的最大軸力設計值的10%疊加計算，基礎系梁截面也應適當增加，算出的配筋應滿足受力要求和構造配筋要求。構造基礎系梁頂標高通常與基礎頂標高相同。

3.框架結構設計中薄弱層的判定與處理

3.1薄弱層如何判斷

對于薄弱層的判斷，有個人指定、計算判定、強制認為三種方式。在PKPM 的SATWE 軟件里，設計人根據《建筑抗震設計規范》第5.5.4 條規定或個人經驗可以直接指定哪一層為薄弱層；軟件在計算時，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，滿足《建筑抗震設計規范》第3.4.2條豎向不規則的規定，軟件自動將該層指定為薄弱層；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。

3.2薄弱層如何處理

薄弱層是對抗震極為不利的結構層，原則上應避免出現薄弱層。避免出現薄弱層的最基本方法是加大該層的抗側移剛度，即加大該層的柱截面或梁截面；如果條件允許，可以改變該層層高或減少基礎埋置深度。但無法避免出現薄弱層時，在結構計算和出圖時必須按照規范規定采取相應的措施。根據《建筑抗震設計規范》第3.4.3.2 條及第5.5.2 條～ 第5.5.5條的規定，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。樓層屈服強度系數為按構件實際配筋和材料強度標準值計算的樓層受剪承載力和按罕遇地震作用標準值計算的樓層彈性地震剪力的比值。

4.樓板需開大洞時結構計算的注意事項

樓板開洞的結構比較普遍，如果開洞面積大于該層樓面面積的30%，就屬于平面不規則了，計算時必須進行處理。以PKPM 軟件為例來說，TAT 和SATWE 分別采用了兩種方式進行處理。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剛性樓板假定的限制，其平動自由度獨立（在這里所指的節點為梁柱交點）；SATWE 軟件是將所有樓板定義為彈性膜，由軟件真實的計算樓板的平面內剛度，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，應將全樓所有樓板定義為彈性膜比較符合實際，也可以將該層洞口邊緣節點定義為彈性節點（即不考慮樓板的剛度）；如果屋面為剛網架時，應輸入一板厚，定義為彈性膜，真實計算樓板的平面內剛度，比較符合實際。

結語：本文主要闡述了作者在設計工作中的一些心得及體會，筆者認為設計人員在結構設計中應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，并對所有計算結果認真分析、判斷，這樣才能設計出合格的建筑產品。

參考文獻：

[1]GB 50011-2001 建筑抗震設計規范[S].

[2]GB50010-2002 混凝土結構設計規范[S].