對多層建筑結構設計中框架結構的問題分析

摘要：多層建筑框架結構設計是建筑結構設計中較為重要的一種形式，其實質是對梁、柱、板形成的基本單元的應力組合。我們在設計過程中嚴格遵循國家相關技術規范，科學處理多層建筑框架結構設計中更多、更復雜的問題，選擇出合理的結構體系，從而提高結構的設計質量。

關鍵詞：多層建筑框架;結構設計;常見問題

1.框架結構設計原則

1.1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。

1.2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。

1.3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。

2.多層建筑框架結構設計常見問題和相應措施

2.1基礎系梁的設置問題

當基礎埋置深度較深時，可用基礎系梁減少底層柱的計算長度。系梁宜按一層框架梁進行設計，同時系梁以下的柱應當按短柱處理。如果工程條件符合相關規定，應當設基礎系梁。為滿足抗震要求，可以沿著兩個主軸方向設構造基礎系梁。對于構造基礎系梁縱向受力鋼筋，可以按照連接柱的最大軸力設定值的10%，按拉力或者壓力進行計算。如果是構造配筋，應當滿足最小配筋率。

如果基礎系梁上作用有來自填充墻或樓梯柱等的荷載，應該和所連接柱子的最大軸力設定值的10%進行疊加計算?；A系梁截面也應當適當地增加，計算出來的配筋，應當充分滿足受力要求以及構造配筋要求。對于構造基礎系梁頂標高，它一般都和基礎頂標高保持一致。為了使基礎系梁計算跨度減少，可以采取把基礎梁下和獨立基礎臺階或者錐形斜坡間的那些空隙部分，用素混凝土澆筑，直到和基礎頂面保持平齊，然后再進行基礎系梁的澆筑。

當用基礎系梁平衡柱底彎矩時，其截面尺寸和配筋，需要按照框架梁來設計。拉梁正彎矩鋼筋，應當全部都拉通，而負彎矩鋼筋則至少應該在二分之一跨拉通，基礎系梁的縱筋在框架柱內的錨固、箍筋的加密及其余抗震構造要求，應當和上部框架梁保持一致，而且此時拉梁應當設在基礎頂部。

總之，不設基礎系梁時，填充墻可用素混凝土條形基礎。設基礎拉梁時，可以設在框架柱間，不在框架柱間的墻體基礎則可以使用素混凝土基礎。

2.2對框架結構薄弱層的判定和處理

所謂薄弱層，就是強烈地震作用下，結構發生較大的彈塑性位移的那些部位，它們承載力需要滿足抗震承載力要求，在地震烈度不小于7度的地區才會發生。

有三種方式可判斷薄弱層，分別是個人指定、計算判定以及強制認定。在PKPM的SATWE軟件里，可以根據相關規范規定或是技術人員的個人經驗，直接指定薄弱層，此為個人指定。軟件計算時，當結構的抗側移剛度出現不規則現象，某層的抗側移剛度比相鄰上一層的70%小，或比其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80%小，或是樓層承載力發生突變，軟件將自動指定該層為薄弱層，此為計算判定。當結構存在轉換層，也就是豎向抗側力構件不連續，不管該層剛度或樓層承載力如何，該層都將被強制認為薄弱層，此為強制認定。

薄弱層，大大不利于抗震，建筑中原則上應當避免薄弱層的存在，最基本的辦法是加大該層的抗側移剛度，也就是加大這層的柱截面或者梁截面。在條件允許下，可通過改變該層的層高或是減少基礎埋置的深度，來實現。

如果薄弱層無法避免，在進行結構計算和出圖時需要嚴格按照規范規定，針對具體情況，采取相應的措施，除了對薄弱層地震剪力乘以1、15倍的放大系數外，還應當驗算結構的樓層屈服強度系數。應當對結構也進行彈塑性變形驗算。不符合要求的話，應當及時調整結構布置。

2.3樓板開大洞結構計算時應注意的問題

樓板開洞的結構比較普通，如果開洞面積大于該層樓面面積的30%，就屬于平面不規則，計算時必須進行處理。以PKPM軟件為例，TAT和SATWE分別采用了兩種方式處理。TAT軟件中，無樓板的節點被定義為彈性節點，該節點。即梁柱交點，不受剛性樓板假定的限制，其平動自由度獨立。SATWE軟件中，所有樓板被定義為彈性膜，軟件真實計算樓板的平面內剛度，對樓板的片面外剛度則忽略處理。當某層洞口面積為樓層面積的30%以上時，應當把全樓所有樓板都定義為彈性膜，或者也可以不考慮樓板的剛度，把該層洞口邊緣節點定義為彈性節點，當屋面是鋼結構網架時，應當輸入板厚，將其定義為彈性膜，真實計算樓板的平面內剛度，這樣和實際比較相符。

對彈性節點或彈性膜進行正確定義后，后續計算中應嚴格按照總剛計算法進行計算，要不然，側剛度計算法仍會按照剛性樓板，對結構內力和配筋進行計算。此點，需要特別注意。

2.4短柱問題

框架結構中，所謂短柱，其柱凈高與柱截面高度比不大于4，或者剪跨比不大于2。地震作用容易導致短柱的脆性破壞。短柱的受剪承載力和變形能力，嚴重不足，容易引發建筑物嚴重破壞，設計時需要盡可能避免短柱。

短柱的形成成因主要有兩個：一是，樓梯間的半休息平臺或者結構局部錯層，導致兩個框架梁間的框架柱凈高比較小;二是，填充墻的設置不正確，造成某層的框架柱的兩側中一部分沒有填充墻，另部分有填充墻，而沒有填充墻的那側，柱凈高與柱截面之比通常不大于4，從而形成短柱。

可以通過增加柱的抗剪承載力、改善變形能力，來處理短柱。通常情況下，使用復合箍筋，箍筋沿全高加密，可以保證短柱的縱向鋼筋形成對稱布置。

2.5使用平法圖集時應當注意的問題

應用圖集時應當注意以下幾個問題：一是框架柱，若用剖面列表法來表示配筋，應當注意每一層的樓面標高以下的箍筋加密區的長度，必須是框架梁高和規范要求的箍筋加密區長度之和，規范要求的加密區長度在1/6柱凈高、柱截面高度、500mm三個數值中取較大值。由于PKPM軟件出圖的時候，加密區長度并沒有把梁高包含在內，容易造成施工錯誤，導致箍筋加密區的高度不夠。

二是一層建筑地面，在澆筑主體結構澆筑結束之后才開始施工，若一層地面是剛性地面，根據相關規定，柱箍筋應當在剛性地面上下各500mm范圍內進行加密，而這一點容易被忽視，設計圖紙中最好對此有明確交待。

三是當梁截面過于小，或者承載力比較大的時候，框架梁如果需要設置三排縱筋的話，建議可以對梁截面或是縱筋直徑進行調整，改為兩排。如果沒有采取此種措施，那么對于第三排縱筋的外伸長度，應當做出明確交待。

3.結語

無論是民用建筑還是工業建筑，框架設計都是建筑建設的重要組成部分，它不僅影響著整個建筑結構設計方案，還影響著建筑落成后的安全和維護問題。作為建筑結構的設計人員，創新的設計思維和一定的專業水平是必需的，認真負責的工作態度更是必不可少。在平時的工作實踐中要嚴格要求自己按照建筑結構設計的標準規范進行設計，以保證建筑的質量與安全，進而保證人們的財產和人身安全，推動建筑業更好更快地發展。

參考文獻：

[1]李永勝.高層建筑樁基礎靜壓樁施工技術探討[J].山西建筑，2011（16）.

[2]楊小兵.混凝土結構概念設計[J].建筑結構.2012