鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析

程一帆

（黃山市城市建筑勘察設(shè)計(jì)院　安徽　黃山　245000）

鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析

程一帆

（黃山市城市建筑勘察設(shè)計(jì)院安徽黃山245000）

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展，鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為了我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。其設(shè)計(jì)效果直接影響著建筑安全質(zhì)量，也影響著建筑使用功能和經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。本文根據(jù)鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程實(shí)例，綜合闡述了框架計(jì)算、基礎(chǔ)拉梁層等幾項(xiàng)要點(diǎn)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題。

鋼筋混凝土；多層框架房屋；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；要點(diǎn)

1　引言

隨著我國(guó)現(xiàn)代化的推進(jìn)，建筑行業(yè)也取得了很大的發(fā)展。其中鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)，因其結(jié)構(gòu)靈活、傳力明確、抗震能力強(qiáng)以及整體性強(qiáng)等特點(diǎn)，在現(xiàn)代建筑中廣泛應(yīng)用。但由于我國(guó)鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)起步較晚，如果在設(shè)計(jì)時(shí)，不能進(jìn)行充分全面地考慮，則很容易出現(xiàn)問題。不利于建筑工程的正常開展，甚至對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與安全造成威脅。因此我們要對(duì)鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)過程中的問題進(jìn)行分析，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量和安全。

2　框架計(jì)算簡(jiǎn)圖不合理

框架計(jì)算簡(jiǎn)圖是鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。在對(duì)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分考慮現(xiàn)場(chǎng)情況，依照具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。在無地下室的鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)框架中，獨(dú)立結(jié)構(gòu)位置較深時(shí)，基礎(chǔ)梁位置一般設(shè)置在-0.05m左右。以某3層住宅樓為例，在鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)的框架簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)計(jì)算中，建筑高3.3m，基礎(chǔ)高度0.8m，埋深4.0m，基礎(chǔ)拉梁深0.05m，室內(nèi)外高差0.45m，抗震烈度小于Ⅵ度，建筑場(chǎng)地為二類。該住宅樓框架簡(jiǎn)圖計(jì)算中的首層層高H1= 3.15m；層2層高H2=3.35m；層3層高H3=3.3m；層4層高H4= 3.3m。得到層高數(shù)據(jù)后要對(duì)框架柱底層柱腳彎矩設(shè)計(jì)值進(jìn)行明確，在原設(shè)計(jì)值上乘以增大系數(shù)。

當(dāng)基礎(chǔ)埋深較淺時(shí)為了避免梁下部框架柱形成短柱，要將拉梁頂面標(biāo)高于基礎(chǔ)標(biāo)高保持一致。在數(shù)據(jù)選取過程中要在拉梁上部框架高度上加入一層層高，將其作為第一層標(biāo)準(zhǔn)層計(jì)算高度。除此之外，還要對(duì)框架簡(jiǎn)圖截面進(jìn)行明確，依照框架數(shù)據(jù)構(gòu)建電算程序系統(tǒng)，對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行電算化處理，得到最終計(jì)算數(shù)據(jù)。

3　基礎(chǔ)拉梁層的計(jì)算模型不符合實(shí)際情況

在地梁層無鋼筋混凝土樓板地面，采用SATWE或者SATWE-8等程序在計(jì)算框架的整體過程中，地面層樓板應(yīng)采取0值為厚度單位，而并非直接定義全房間洞口。并對(duì)其彈性的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定義，采用總剛分析法對(duì)其整體進(jìn)行計(jì)算總結(jié)。在程序進(jìn)行分析過程中，如果依據(jù)假定剛性樓面自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，則會(huì)與實(shí)際情況不符。梁加強(qiáng)平面結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1　梁加固平面結(jié)構(gòu)示意圖

4　獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載取值不當(dāng)

鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)通常選取柱下獨(dú)立基礎(chǔ)方式。高度在25m范圍內(nèi)并且不超過8層的情況下，如果軟弱粘性土層不存在于主要地基持力層。通常情況下，一般民用框架房屋及與其基礎(chǔ)荷載相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房不需要驗(yàn)算其基礎(chǔ)和地基的抗震承載力。但仍需對(duì)風(fēng)荷載的影響進(jìn)行充分考慮。所以在計(jì)算分析鋼筋混凝土多層框架房屋時(shí)，必須將風(fēng)荷載輸入，否則將會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)計(jì)配筋較少以及尺寸較小問題出現(xiàn)，對(duì)上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)本向的質(zhì)量安全產(chǎn)生影響。

5　基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)問題

在進(jìn)行基礎(chǔ)梁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)其基礎(chǔ)埋深數(shù)據(jù)進(jìn)行充分全面的考慮，使應(yīng)力和埋深設(shè)計(jì)保持一致，避免對(duì)拉梁穩(wěn)定性造成影響。設(shè)計(jì)時(shí)，如果基礎(chǔ)埋深值較大時(shí)要盡量選取短柱基礎(chǔ)方案，在其±0.000以下設(shè)置基礎(chǔ)拉梁位置。在保證符合構(gòu)造要求的情況下，對(duì)基礎(chǔ)拉梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，構(gòu)建梁加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，保證鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性，具體結(jié)構(gòu)見圖1。常規(guī)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)拉梁截面中心距可以選取為柱中心距的1/20左右，高度可以選取為1/12～1/16左右，且保證滿足最小配筋率。適當(dāng)情況下還可以對(duì)配筋進(jìn)行疊加，依照結(jié)構(gòu)構(gòu)造及短柱標(biāo)高確定配筋疊加數(shù)據(jù)。

6　框架結(jié)構(gòu)問題

在傳統(tǒng)鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員常在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置樓電梯小井筒。這種設(shè)計(jì)在很大程度上影響了框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對(duì)鋼筋混凝土多層框架房屋安全質(zhì)量具有一定的影響。樓電梯小井筒可以造成框架結(jié)構(gòu)地震剪力下降，加大鋼筋混凝土多層框架房屋施工難度。在施工過程中，設(shè)計(jì)人員需要設(shè)置隔墻，適當(dāng)進(jìn)行開洞、隔縫等，容易造成框架結(jié)構(gòu)剛性受到影響。因此在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要避免設(shè)置樓電梯小井筒，通過鋼筋結(jié)構(gòu)代替小井筒。依照框架抗震等級(jí)及抗震要求確定框架配筋，構(gòu)建對(duì)應(yīng)框架結(jié)構(gòu)。在框架鋼筋結(jié)構(gòu)中的樓電梯及水箱間進(jìn)行設(shè)置時(shí)要對(duì)其框架承重進(jìn)行全面分析，依照墻體承重指標(biāo)確定該部分結(jié)構(gòu)框架承重系數(shù)。

7　結(jié)構(gòu)計(jì)算中幾個(gè)重要參數(shù)的合理選取

所有的計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果，應(yīng)經(jīng)分析判斷確認(rèn)其合理、有效后方可用于工程設(shè)計(jì)。通常情況下，計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果具體與樓層側(cè)向剛度比和地震剪力系數(shù)、結(jié)構(gòu)的自振周期、質(zhì)量和振型參系數(shù)、梁、柱、墻和板的配筋和墻柱的軸壓、框架抗震墻結(jié)構(gòu)抗震墻承受的地震傾覆力矩、柱底部截面和底層墻的內(nèi)力設(shè)計(jì)值、超筋超限信息以及總地震傾覆力矩的比值等。應(yīng)依據(jù)在施工圖設(shè)計(jì)過程中的實(shí)際工程狀況，并結(jié)合空間設(shè)計(jì)程SATWE和有限元為例進(jìn)行計(jì)算，科學(xué)合理的對(duì)參數(shù)進(jìn)行選擇。

7.1梁、柱箍筋間距選取

鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中梁、柱箍筋間距要與《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)范間距一致。一般設(shè)計(jì)中，梁、柱箍筋加密區(qū)間距可以為100mm左右，非加密區(qū)間距可以為200mm左右。在計(jì)算過程中設(shè)計(jì)人員要依照梁、柱箍筋體系及梁、柱結(jié)構(gòu)狀況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行明確，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行電算化計(jì)算，確定柱箍筋、梁的數(shù)目和直徑。加密區(qū)梁、柱箍筋直徑與非加密區(qū)相比，相對(duì)要較高，并保證其最小構(gòu)造配筋要求。梁體中心箍筋應(yīng)結(jié)合鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)的抗扭和抗剪需求，并適當(dāng)調(diào)整其密度。

7.2地震力的振型組合數(shù)

高層建筑中，在進(jìn)行計(jì)算考扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)過程中，假設(shè)不能全面充分的考慮地震力的振型組合數(shù)的情況時(shí)，振型組合數(shù)數(shù)值做少要取到3；如果房屋的層數(shù)小于2時(shí)，振型數(shù)直接取層數(shù)。如果振型數(shù)大于3，振型組合數(shù)最好小于層數(shù)且取3的倍數(shù)；假設(shè)結(jié)構(gòu)剛度較大或?qū)訑?shù)較多時(shí)，應(yīng)直接取振型數(shù)。當(dāng)出現(xiàn)多塔結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)有轉(zhuǎn)換層以及頂部有小塔樓時(shí)，振型數(shù)取值應(yīng)大于12，但與房屋層數(shù)相比，不能多于3倍；當(dāng)結(jié)構(gòu)存在不規(guī)則情況時(shí)，應(yīng)結(jié)合扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)進(jìn)行全面考慮，振型數(shù)的取值最好大于9；依照相關(guān)規(guī)定，可按照振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量（即有效質(zhì)量系數(shù)）的90%以上，確定所需的振型數(shù)。選取正確的振型個(gè)數(shù)具體可采SATWE等程序進(jìn)行參與質(zhì)量的比值進(jìn)行輸入。

7.3地下室層數(shù)的輸入處理

地下室大多也設(shè)置于鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)中。因?yàn)槠涓魤^少，一般多選用筏板式作為基礎(chǔ)。在地下室參數(shù)電算過程中，應(yīng)同時(shí)輸入上部結(jié)構(gòu)和地下室層數(shù)，并依據(jù)實(shí)際地下室層數(shù)在總信息進(jìn)行填寫。此外進(jìn)行抗震計(jì)算過程中，框架底層柱底截面的彎矩設(shè)計(jì)值，計(jì)算程序會(huì)自動(dòng)對(duì)乘，從而使系數(shù)增大。并且比較分析對(duì)每層的側(cè)移剛度，以便可對(duì)房屋的嵌固位置進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，并作出調(diào)增，通過有針對(duì)性的抗震構(gòu)造措施，從而對(duì)樓板的最小配筋率及厚度進(jìn)行保障等；當(dāng)出現(xiàn)豎向不規(guī)側(cè)的結(jié)構(gòu)時(shí)，不單要對(duì)薄弱層進(jìn)行驗(yàn)算，還需使其地震剪力，與1.15的增大系數(shù)相乘。在結(jié)構(gòu)總體計(jì)算過程中，如果實(shí)際輸入的層數(shù)多于填寫在總信息中層數(shù)，則會(huì)使彎矩設(shè)計(jì)值的增大系數(shù)乘錯(cuò)位置。

7.4結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)

因?yàn)榇嬖谔畛鋲Γ拐饓翱蚣芙Y(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度，計(jì)算周期與計(jì)算剛度比實(shí)際相比，相對(duì)較大。所以，地震剪力的計(jì)算結(jié)果也就相對(duì)偏小，致使結(jié)構(gòu)存在安全隱患。所以有必要對(duì)在結(jié)構(gòu)中折減計(jì)算周期，但要對(duì)計(jì)算周期的折減系數(shù)進(jìn)行適當(dāng)控制，不能過大。進(jìn)行砌體填充墻時(shí)如果全部采用輕質(zhì)墻體板材進(jìn)行填充時(shí)，折減系數(shù)應(yīng)為0.9。假設(shè)只采用純框架，無墻，可以不折減計(jì)算的周期。砌體填充墻選用輕質(zhì)砌塊或較少的情況使，數(shù)值選取可在0.7～0.8左右；并且周期折減系數(shù)的選取范圍應(yīng)在0.6～0.7的范圍內(nèi)。

8　結(jié)束語

鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為了我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。其設(shè)計(jì)效果直接影響著建筑安全質(zhì)量，也影響著建筑使用功能和經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。但由于鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展時(shí)間較短，設(shè)計(jì)內(nèi)容還不完善，框架結(jié)構(gòu)中還存在一些問題，這在很大程度上限制了我國(guó)多層框架房屋結(jié)構(gòu)的發(fā)展。從設(shè)計(jì)核心問題著手提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果，加大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析力度已經(jīng)成為鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究工作中的重中之重。

[1]陳嘉俊.論多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)要點(diǎn)[J].四川建材，2007（2）.

[2]程偉權(quán)，張文光.淺析建筑全框架結(jié)構(gòu)及框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布置[J].今日科苑，2009（2）.

[3]丁愛民.鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)核心問題要議[J].河南建材，2014（5）.

TU375.4

A

1673-0038（2015）41-0096-02

2015-9-28

程一帆（1985-），男，助理工程師，本科，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。