框架結構多層建筑結構設計問題的處理措施分析

朱朝勇

【摘要】多層建筑在結構設計中，常常采用框架結構體系。本文結合筆者多年來的結構設計實踐，參考相關設計規范規程，分析了結構設計中框架結構的幾個常見問題，提出相應措施。

【關鍵詞】多層建筑；框架結構

鋼筋混凝土框架結構的優點是可以給建筑設計一個靈活的平面設計，而且使用空間大，延性較好，比較容易滿足建筑設計對房間布置的要求，同時框架結構自重較輕。因此框架結構形式是目前應用最為廣泛的建筑結構形式之一，住宅小區、辦公樓、教學樓以及商業建筑中經常看到此類建筑結構體系。

框架結構設計原則是剛柔并濟的結構體系，多道抗震防線，“強柱弱梁”、“強剪弱彎，強節點強錨固。在進行框架結構設計的時候，要求設計師把握好結構方案，并且要求滿足承載力、變形、裂縫、撓度等是結構設計人員的基本設計原則。

雖然框架結構形式相對簡單，在結構設計中依然有較多的問題，而且建筑設計對建筑造型以及建筑功能的要求都越來越高，框架結構在近年來的強震中很多倒塌或者存在較大程度的損毀，證明現有結構在抗震設計中依然存在較多問題。

1、框架結構設計中注意的一些問題

1.1模擬施工次序的問題

目前在框架結構設計計算中，施工模擬3是常采用的施工模擬方法，它采用的是分層加載以及分層剛度的模型，假定每個樓層加載的時候，下部樓層已施工完成，并且該層加載時下部無變形，下面各層的受力變形不會影響到本層及上部各層，該層的受力和位移變形主要由本層及其以上各層的受力和剛度來決定。優點是避開了一次加載常見的梁受力異常的現象，它的問題是難于應對一些復雜的施工情況。首先是帶轉換層的框架結構，一般的實際施工情況是轉換層和它上面的2層共同作為一個施工次序來施工，而采用施工模擬荷載3造成了轉換梁的受力計算的不正確，造成轉換梁的彎矩和剪力比實際情況大。然后是出現抽柱和懸挑的樓層，實際中往往是將該層與它下面緊鄰樓層一起施工，施工模擬荷載3同樣不能做到這樣的設定，造成懸挑梁計算不正確。

1.2基礎底面積的確定問題

框架結構多采用獨立基礎，在確定基礎底面積的時候，一些設計人員采用satwe計算書中“底層墻柱最大組合內力”進行設計，這樣的設計方法對于柱下獨立基礎而言，即使是采用最大組合內力計算，依然是偏于不安全的。影響獨立基礎底面積大小的主要因素為軸力和彎矩。在各種內力組合中，某種內力很大時，其他內力可能很小，如最大軸力對應彎矩和剪力有可能偏小，由這種組合并不一定是最不利組合，而較小軸力所對應的彎矩和剪力有可能很大，這樣的組合有可能是最不利組合。而對于柱下聯合基礎、條形基礎、筏形基礎等整體性基礎，其計算結果也不合理。

1.3底層柱計算長度的確定

根據《混凝土結構設計規范》[1]規定：一般多層房屋底層柱的計算長度中H取基礎頂面到一層樓蓋頂面的高度。當基礎埋置較深時，一般在正負零標高附近設置基礎連系梁，以增加建筑底部結構的整體性，減小結構的水平位移。將基礎連系梁以下的部分看作底層，此時的H值取基礎頂面至連系梁頂面的高度，而把實際建筑的底層作為第二層考慮，層高H取連系梁頂層至一層樓面高度，這在框架結構的設計中經常被忽略。

1.4框架填充墻設置的問題

填充墻的豎向以及平面布置均是框架結構的設計中的需要特別注意的地方，填充墻設置不當引起的震害事故，在地震中有不少的案例記錄。某些房屋為滿足底部功能需要大空間，使上部填充墻多于下部填充墻，形成上柔下剛的結構體系，在地震中破壞嚴重，甚至出現下部完全破壞上部完好的情況；某些房屋填充墻偏置于房屋的一側或者一側過多，另一側過少，結構質量以及剛度重心偏置，造成地震作用時出現扭轉，引起框架結構構件內力的增加；框架柱子之間嵌砌的整開間的窗臺填充墻，實際上會減少柱子的凈高，有可能使框架柱形成短柱，而在地震中，上部短柱形成剪切裂縫，填充墻可能吸收部分地震能量，使兩端框架柱的受力更大。而在結構設計中，這些情況往往都會忽略，造成框架結構在地震中的破壞。

在結構設計中如果忽略填充墻參與抗震作用，僅僅只考慮框架梁柱的剛度，就會造成結構構件在地震作用下承受的作用力大于計算，降低了結構的安全度。當按照相關規范規定，考慮填充墻的數量確定結構的周期折減系數，放大地震作用，可以消除此項隱患，但是，框架部分卻承擔了全部的地震作用，不考慮填充墻的抗側剛度，這樣也會降低整個結構的安全系數。

2、相應措施探討

本文提出以上問題均是在近年來框架結構設計中經常會遇到的一些問題，對于模擬施工荷載的問題，應采用可以讓用戶自定義施工順序的軟件對結構進行復核，正確計算轉換層轉換梁的實際受力情況，正確計算懸挑樓層懸挑梁的實際受力情況；對于基礎底面積的確定問題，在結構設計時盡量采用JCCAD讀取SATWE的荷載對基礎進行設計，程序可以自動根據《建筑地基基礎設計規范》的規定組合內力進行基礎相關計算。若不采用此方法，宜采用首層內力標準值中輸出的各個荷載（重力荷載、風荷載、地震作用）分別下的作用力標準值，再按規范的內力組合原則，對框架結構基礎進行手工計算；對于框架底層柱計算長度的確定問題，應當分帶基礎連系梁和不帶基礎連系梁模型，分別對結構進行計算并包絡設計；而框架結構填充墻的設置，應該做到平面和豎向布置要做到均勻和對稱，避免出現抗側剛度偏心導致扭轉，同時采取措施減少上下層的剛度差異，同時對設置窗間墻造成框架結構短柱注意加強抗震構造措施，同時，填充墻盡量采用輕質隔墻，以減少結構的地震作用。

結語：

框架結構設計是目前應用最為廣泛的建筑結構形式之一，雖然形式相對簡單，但是在結構設計中依然有較多的問題，本文提出了一些近年來筆者在框架結構設計中遇到的一些新問題，并提出處理措施建議。隨著我國經濟的發展需要，建筑造型和建筑功能對結構要求的進一步提高，結構難題也越來越多，這就要求結構設計人員不僅要求有良好的結構概念，同時要有大膽，靈活的結構設計理念，才能設計出即安全又出色的建筑。

參考文獻：

[1]GB50010一2010，混凝土結構設計規范[S].

[2]王長軍.鋼筋混凝土框架結構的抗震設計理念[J]. 煤炭工程，2010，（07）.

[3]黃靚，施楚賢，熊輝.帶砌體填充墻結構在地震作用下的安全性質疑[J].建筑結構。2005，35（3）：57—65.