多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中框架結(jié)構(gòu)的問題與處理

張高偉

【摘? 要】近些年，隨著多層建筑項(xiàng)目的增多，該類建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中框架結(jié)構(gòu)問題愈發(fā)突出。因此，本文結(jié)合某多層建筑施工案例，對(duì)當(dāng)前時(shí)期多層建筑框架結(jié)構(gòu)的常見問題展開分析。同時(shí)提出短柱效應(yīng)、框架結(jié)構(gòu)荷載取值等問題的解決措施，希望優(yōu)化多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，完善建筑物整體性能。

【關(guān)鍵詞】多層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);框架結(jié)構(gòu);問題;處理措施

引言

多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，框架結(jié)構(gòu)可利用自身材料投入少、重量小等優(yōu)勢(shì)，控制建筑施工成本，減輕建筑物重力荷載。但在多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，卻存在較多問題，影響著建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，本文對(duì)多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中框架結(jié)構(gòu)常見問題的處理措施做出簡(jiǎn)單闡述，希望給予相關(guān)從業(yè)者建議與參考。

1.工程概況

某建筑工程，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑總面積約為67584立方米，建筑多度為95.8米，分別有兩座塔樓、裙樓組成。該建筑工程屬于多層建筑，地下兩層統(tǒng)一為車庫(kù)、配電設(shè)備用房，地上為居民樓、辦公樓、購(gòu)物廣場(chǎng)。由于該工程集商務(wù)、住宅為一體，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，整體設(shè)計(jì)方案中框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工難度大，面臨著較多突出性問題。

2.多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中框架結(jié)構(gòu)的問題

2.1框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則

受多層建筑在構(gòu)成、豎向結(jié)構(gòu)方面，會(huì)累積更多荷載力，所以需要用大量的柱結(jié)構(gòu)、墻體支撐建筑荷載。并且由于這類荷載為豎向分布，具有非線性特點(diǎn)，所以多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，框架結(jié)構(gòu)應(yīng)堅(jiān)持以下原則。首先，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)建立系統(tǒng)的安全體系，以抵御外力侵襲。所以在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)避免建筑荷載集中在某一結(jié)構(gòu)中。其次，多層建筑物框架結(jié)構(gòu)柔度不能過強(qiáng)，以免在后期使用中影響建筑結(jié)構(gòu)抵抗外力的能力，出現(xiàn)傾覆、坍塌情況。最后，多層建筑建設(shè)中，為確保建筑物穩(wěn)定性、安全性，需在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，根據(jù)各外力因素，設(shè)計(jì)多道防線，使建筑物可以承受更大外力。

2.2問題分析

其一，短柱效應(yīng)問題。多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，短柱效應(yīng)是框架結(jié)構(gòu)中較為常見的問題之一，問題產(chǎn)生區(qū)域主要集中在窗臺(tái)端墻、側(cè)柱等位置，影響著框架結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。而造成短柱效應(yīng)的原因，在于框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不合理時(shí)，支撐柱長(zhǎng)度不足。從而在建筑框架結(jié)構(gòu)有效長(zhǎng)度變短后，使得框架結(jié)構(gòu)外力載荷、承受的剛性強(qiáng)度過大，最終引起建筑物墻體開裂這類問題。

其二，框架結(jié)構(gòu)荷載取值問題。多層建筑框架結(jié)構(gòu)中的荷載取值，需要根據(jù)建筑行業(yè)內(nèi)的《抗震規(guī)范》明確荷載值數(shù)。據(jù)了解，在框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，若地基持力層不存在土壤粘性過高的情況，且建筑物低于25米時(shí)，無需在施工前驗(yàn)算地基抗震承載力。但是需要在基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，提前明確風(fēng)荷載。而部分設(shè)計(jì)人員在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，僅采取柱腳軸力、彎曲等荷載值，沒有種植內(nèi)力設(shè)計(jì)值的求取，使得后期柱腳內(nèi)力取值不合理，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)安全性能差。

3.多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中框架結(jié)構(gòu)常見問題的處理措施

3.1選用科學(xué)框架結(jié)構(gòu)，解決短柱效應(yīng)問題

相關(guān)人員在多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)想，需要結(jié)合短柱效應(yīng)問題產(chǎn)生的原因。通過調(diào)整柱子程度、提高其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、合理配置混凝土材料等問題，增強(qiáng)混凝土柱外力荷載。并通過框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低混凝土柱承載力。為此，相關(guān)人員需暫用較為科學(xué)的框架結(jié)構(gòu)，預(yù)防框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生“剪力變形”的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案制定中，選擇鋼板異形拼接的混凝土柱，完后將鋼板焊接為口字型、十字型，借此在框架柱橫截面減少的情況下，強(qiáng)化框架結(jié)構(gòu)內(nèi)混凝土柱抗荷載能力。而對(duì)于多層建筑內(nèi)部的特殊樓層，可使用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，提升建筑物抗震性能。除此之外，運(yùn)用分體柱、鋼管混凝土柱同樣可有效解決短柱問題，改善多層建筑框架結(jié)構(gòu)抗變性能。

具體來說，框架結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)過程中，若地上基礎(chǔ)區(qū)域結(jié)構(gòu)柱為圓柱，地下區(qū)域可采用矩形結(jié)構(gòu)柱，進(jìn)而在框架結(jié)構(gòu)施工中，優(yōu)化施工工序。與此同時(shí)，地上圓柱配筋不能小于8根，以增加結(jié)構(gòu)柱承載力，確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性。而對(duì)于地下區(qū)域矩形框結(jié)構(gòu)柱，在箍筋時(shí)需選擇“井字復(fù)合箍”。如果多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其抗震要求較高，在預(yù)防短柱效應(yīng)時(shí)，還應(yīng)在框架結(jié)構(gòu)中保證結(jié)構(gòu)柱抗震性能。通常情況下，針對(duì)“非抗震要求”的多層建筑，框架結(jié)構(gòu)柱截面長(zhǎng)度應(yīng)大于250毫米。但多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗震要求大于4級(jí)后，結(jié)構(gòu)柱截面長(zhǎng)度需大于300毫米，抗震等級(jí)為1～3級(jí)時(shí)，截面長(zhǎng)度應(yīng)大于400毫米。

3.2明確框架結(jié)構(gòu)荷載取值，增強(qiáng)建筑物抗震性能

多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中框架結(jié)構(gòu)荷載取值，影響著建筑物抗震性能。為利用建筑結(jié)構(gòu)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)建筑物穩(wěn)定性，維護(hù)住戶財(cái)產(chǎn)及生命安全。相關(guān)人員在多層建筑施工中，需嚴(yán)格按照《抗震規(guī)范》，計(jì)算框架結(jié)構(gòu)在各區(qū)域的荷載。首先，框架結(jié)構(gòu)中，相關(guān)人員需根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)將建筑結(jié)構(gòu)分類。比如建筑結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為6～8時(shí)，在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)提高結(jié)構(gòu)荷載值數(shù)。其次，混凝土框架結(jié)構(gòu)作為多層建筑中，較為常見的結(jié)構(gòu)類型。在利用混凝土框架結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)多層建筑抗震性能時(shí)，需做好以下工作。其一，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中合理選用框架結(jié)構(gòu)布置方案，同時(shí)提前考慮地震時(shí)，結(jié)構(gòu)扭曲、局部區(qū)域應(yīng)力集中的問題，為此，相關(guān)人員可將框架梁鋪設(shè)在同一區(qū)域內(nèi)，且高度保持一致。第二，結(jié)合建筑體型、多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層次等內(nèi)容，梳理框架結(jié)構(gòu)中，非承重結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)的關(guān)系。最后，獲取框架結(jié)構(gòu)荷載值數(shù)時(shí)，需使用計(jì)算機(jī)分析多層建筑樓層地震剪力系數(shù)、側(cè)向剛度比，以及墻體、混凝土柱、梁板內(nèi)部配筋的內(nèi)力設(shè)計(jì)值。之后可根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，改進(jìn)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

3.3重視建筑物薄弱成的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化薄弱層內(nèi)框架結(jié)構(gòu)

多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需重視建筑物薄弱層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。具體來說，相關(guān)人員可結(jié)合建筑物設(shè)計(jì)圖紙，分析薄弱層位置，并建立數(shù)據(jù)模型、對(duì)比設(shè)計(jì)方案等方式，確定薄弱層定位的準(zhǔn)確性。比如，可將該區(qū)域內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)，錄入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由建模軟件判斷、檢出薄弱層。而通過框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化薄弱層內(nèi)框架結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)以提高建筑結(jié)構(gòu)抗變形能力為主。一方面，相關(guān)人員在薄弱層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需確保該區(qū)域框架形態(tài)的規(guī)則，以及縱向結(jié)構(gòu)的對(duì)稱，從而預(yù)防建筑結(jié)構(gòu)中存在薄弱層問題。另一方面，若多層建筑框架結(jié)構(gòu)中，已經(jīng)存在薄弱層，可及時(shí)進(jìn)行加固處理，通過增加縱向鋼筋量，改善薄弱層穩(wěn)定性能，提高建筑框架結(jié)構(gòu)抗荷載能力。

4.結(jié)語

綜上所述，多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，框架結(jié)構(gòu)屬于核心設(shè)計(jì)內(nèi)容，其設(shè)計(jì)方案合理性，影響著多層建筑安全及穩(wěn)定性能。因此，針對(duì)多層建筑框架結(jié)構(gòu)中，存在的短柱效應(yīng)、荷載取值不合理等問題，相關(guān)人員需在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中選用科學(xué)框架結(jié)構(gòu)、明確框架結(jié)構(gòu)荷載取值，進(jìn)而增強(qiáng)建筑物抗震性能，延長(zhǎng)多層建筑使用年限。

參考文獻(xiàn)

[1]王俊霞，梁勝利.設(shè)置少量剪力墻的多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法探討[J].建筑結(jié)構(gòu)， 2019（A01）：104-108.

[2]李雪平，楊林青，余思平.多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)步驟[J].山西青年， 2018（17）：22-23.

[3]李翔.框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].城市建筑，2019（11）：66-67.

[4]許文賢，孫肅，劉臣.某磚混結(jié)構(gòu)托換成框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工[C]// 全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議.2018（05）：1-2.

[5]陳成.淺議工業(yè)建筑中鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)[J].鋁鎂通訊，2019（2）：55-58.