多層鋼筋混凝土框架結構設計探討

袁莉

摘要：隨著我國建筑行業的發展，鋼筋混凝土多層框架結構在建筑工程建設中已經被廣泛應用。目前在國內外很多建筑物中都采用多層鋼筋混凝土框架結構，該結構主要有兩種性質不同的材料鋼筋和混凝土所組成。多層鋼筋混凝土框架結構具有諸多優點，同時也存在著結構抗側移剛度較小的缺點，如果發生地震，鋼筋混凝土框架結構會產生變形，這方面應及時加以避免。因此，在設計和施工過程中對這些問題需要進行注意和解決，本文主要對多層鋼筋混凝土框架結構抗震設計進行了探討。

關鍵詞：多層、鋼筋混凝土、框架結構

一、前言

隨著建筑造型和建筑功能日趨多樣化和我國鋼材量的需求也在大幅提升，導致多層鋼筋混凝土框架結構在建筑行業廣泛使用，無論是在工業建筑或是民用建筑中，多層鋼筋混凝土框架結構都是非常好的建筑設計結構。鋼筋混凝土結構設計雖然在實際形式上看似比較簡單，但如果設計人員設計不到位，那引起的后果是相當嚴重的，甚至會影響到整個建筑工程的施工進度與施工安全。因此，設計人員在進行鋼筋混凝土框架結構設計之時，必須有針對性地解決以上問題，并做到逐一進行落實，從而確保建筑結構設計質量。

二、多層框架結構設計要點

1、框架結構設計達到延性要求的措施

為保證結構具有足夠的延性，結構設計時需要采用一系列的構造措施實現，比如在《建筑抗震設計規范》中所規定的梁和柱的剪壓比，柱的軸壓比，梁端截面受壓區高度限值，梁和柱端箍筋加密區及最大最小配筋率等等。一般為了滿足梁和柱的剪壓比，柱的軸壓比的要求，可以增加梁柱的截面面積及混凝土的強度等級，當滿足了這些規定之后，便可以提高框架結構設計的延性。

2、結構的抗震等級的確定

在對建筑工程進行施工設計的時候，首先就需要對建筑結構的抗震等級進行確定。對于一般的民用住宅建筑、公寓和辦公樓等建筑，這些房屋建筑多數的抗震等級是屬于丙類建筑的。還有一些醫療類建筑，大型商場或者是體育場館等公共建筑，對這些建筑進行建筑結構的抗震等級確定的時候，一般會確定為乙類建筑。對于一般的丙類建筑，如果抗震設防的烈度不大，一般不需要采取專門的抗震措施。而對于那些抗震設防烈度在6～8度的乙類建筑，為了確保人們的生命財產安全，一定要采取相應的抗震措施設計。在對建筑結構的抗震等級進行確定的時候，一般需要在本地區的抗震設防烈度的基礎上再增加一度，這就是建筑結構所需設計的抗震等級。

3、結構周期折減系數的確定

對于房屋建筑中的框架結構，由于有填充墻的存在，這樣就會使得框架結構的實際剛度比計算的剛度大，所進行計算的周期又會比實際的周期大，這樣所計算出來的框架結構的地震剪力偏小，從而使得建筑結構的安全性較差。因此，為了保證建筑結構的穩定性，需要對結構的計算周期進行適當的折減，不過要保證進行折減系數不能過大。如果房屋建筑的框架結構采用的是砌體填充墻，那么結構周期的折減系數應該確定為0.6～0.7；如果房屋建筑的框架結構所采用的是輕質砌體或者砌體填充墻較少，結構周期的折減系數則可取為0.7～0.8；當房屋建筑的框架結構全部用的是輕質墻體板材時，那么結構周期的折減系數應為0.9。只有那些沒有填充墻的純框架結構，才可以不進行計算周期的折減。

4、多層框架結構構件設計內力調整要點

（1）強柱弱梁的要求

在多層框架結構中，強調強柱弱梁的設計要求，此形式可以使框架結構的梁端在地震荷載作用下屈服（形成塑性鉸），但不會出現構件局部脆性破壞的情況。在這種情況下，柱端處于非彈性工程狀態，但是仍然沒有達到屈服強度。這樣就可以利用梁的變形來吸收、耗散地震能，降低結構的地震反應，提高結構抗倒塌能力。當框架梁端由裂縫及撓度控制，實配鋼筋大于抗震設計時的承載力配筋等情況下，會出現框架梁此端鋼筋超配。梁端縱筋的超配程度的大小決定柱強于梁的幅度大小。建議在確保滿足其他要求的情況下，應盡量加大框架柱截面尺寸，從而控制梁與柱的線剛度的比值。應嚴格控制梁端實配鋼筋，對于梁端負彎矩鋼筋不應該出現超配，對于梁端正彎矩鋼筋應控制超配比例，建議不要超過10%。

（2）強剪弱彎的要求

框架柱存在兩種破壞形式：彎曲破壞和剪切破壞。當柱發生剪切破壞時，其破壞形態是脆性的，延性極差；當柱發生彎曲破壞時，柱的縱向受力鋼筋屈服后會形成塑性鉸，從而具有較好的塑性變形能力和延性。因此，建議在進行結構設計的時候，有目的放大框架柱的剪力設計值，防止框架柱在彎曲屈服前出現剪切破壞，即應該做到"強剪弱彎"。強剪弱彎形式的設計是提高框架結構延性及抗震性能的一項重要措施，可以避免在地震中出現脆性剪切破壞問題。

（3）強柱根的要求

框架結構底層柱在地震作用下，如果過早出現屈服，會影響整個結構的變形和抗倒塌能力，因此，底層框架柱對整個結構的延性起控制作用。理想的塑性鉸機制應該是迫使塑性鉸發生在水平構件（尤其是次要構件）上，并應盡量推遲塑性鉸在底層框架柱等關鍵部位出現。現行相關規范也規定了一些措施，如引入底層框架柱底彎矩增大系數。該增大系數可以有效避免底層框架柱下端過早屈服，從而提高結構的抗震安全度。但應注意到該系數只適用于框架結構。

5、框架結構的選型和加固

在對框架結構中的結構型式進行選取的時候，只能采用相同的結構形式。對于房屋建筑中的樓、電梯間和局部突出屋頂的房間，所采用的承重方式一定不能采取磚墻來進行承重，因為建筑的框架結構是一種柔性的結構體系，而磚墻承重結構是一種剛性的結構，如果這兩種結構相互搭配的話，會使得框架結構的變形不能相互協調，這樣會嚴重影響到建筑工程的質量。

在進行建筑工程施工時，房屋建筑的頂棚可能要吊頂或進行其它的裝修，有一些施工單位為了節約施工成本，可能會出現柱間的填充墻不到頂或者是在墻上任意的開門窗洞，這樣會使得房屋建筑的框架結構穩定性較差。如果在遇到地震的時候，房屋建筑的混凝土抗剪強度不足時，則很容易造成建筑物的破壞和倒塌，所以對于框架結構一定要采取相應的措施進行加固。其主要的方式是采用良好的箍筋類型和增加箍筋的配置來提高框架結構的穩定性。所采取的箍筋類型可以是螺旋箍筋、復合螺旋箍筋和雙螺旋箍筋等。至于為了增加箍筋的配置，對于短柱范圍內的箍筋間距不應大于l00mm，對于柱的縱向鋼筋的間距不應大于150mm。

三、結束語

隨著社會經濟和科學技術的不斷發展，我國的多層鋼筋混凝土框架結構也在不斷改進和完善，運用于更多的建筑工程中。但該結構還存在很多問題和不足，需要對結構體系進行大量的研究和改造，這就要求廣大的建筑工作者要在具體工程實踐過程中，不斷的總結和改進。

參考文獻：

[1] 于躍海.多層鋼筋混凝土框架結構、砌體結構相結合抗震設計方案構想[J].工程建設與設計，2010，（11）：33-36.

[2] 鄭紅剛.高烈度區多層鋼筋混凝土框架結構的位移控制[J].科技風，2013，（8）：153.

[3] 劉慶文，曾亮.地震作用下多層鋼筋混凝土框架結構連續倒塌模擬[J].南昌航空大學學報（自然科學版），2013，27（1）：99-104.