多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

李豫

（山西筑城建筑設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原030000）

0 引言

隨著現(xiàn)代建筑事業(yè)的發(fā)展，消費(fèi)者偏向?qū)ㄖ脑O(shè)計(jì)要更具有實(shí)用性和個(gè)性化方面。因此，我國(guó)建筑行業(yè)要不斷提高整體建筑質(zhì)量和設(shè)計(jì)賣點(diǎn)，正視民用建筑功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)，建筑行業(yè)中多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也遇到很多問題，需要相關(guān)建筑施工單位對(duì)其進(jìn)行研究，并且在一定程度上提出及解決方案及措施，確保多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在我國(guó)建筑行業(yè)中的基礎(chǔ)應(yīng)用。

1 多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)計(jì)算問題：

在我國(guó)建筑行業(yè)施工過程中，多層鋼筋混凝土框架應(yīng)在前期準(zhǔn)備好相應(yīng)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，還要對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算。另外，在設(shè)計(jì)工作開展之前要選擇一定的抗震設(shè)防烈度和實(shí)施場(chǎng)地類別以及相應(yīng)合理的電算設(shè)計(jì)軟件也是非常有必要的。

1.1 抗震等級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在建筑行業(yè)施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中，各種類別的建筑防震等級(jí)是必要研究選項(xiàng)。如果屬于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類的建筑物，那么其抗震等級(jí)的設(shè)計(jì)就應(yīng)該按照其所在地區(qū)的設(shè)防烈度來計(jì)算[1]。在進(jìn)行建筑行業(yè)工程設(shè)計(jì)中，各類房屋應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄖ蟠_定建筑的類別。對(duì)于丙級(jí)建筑物來說，其抗震要求可按照當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度來進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于乙級(jí)類建筑來說，抗震效果應(yīng)符合本地區(qū)乙級(jí)抗震設(shè)防烈度要求即可。

在通常情況下，抗震等級(jí)烈度在Ⅵ~Ⅷ度之間時(shí)，較為符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度基礎(chǔ)上提高一度設(shè)防要求。而對(duì)于那些重點(diǎn)設(shè)防類建筑范疇內(nèi)來說，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為Ⅸ度時(shí)，則需要在建筑實(shí)際施工中按Ⅸ度及以上的設(shè)防烈度要求。一旦在施工中出現(xiàn)抗震等級(jí)計(jì)算失誤時(shí)，就需要相關(guān)部門人員對(duì)建筑本身加以重視。

1.2 基本地震加速度的設(shè)計(jì)

在相關(guān)建筑規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中，如果抗震設(shè)防烈度達(dá)到Ⅶ度時(shí)，對(duì)其基本地震加速度的設(shè)計(jì)值可以是0.1g和0.15g這兩種，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度時(shí)，建筑行業(yè)設(shè)計(jì)基本地震加速度值應(yīng)為0.2g和0.3g這兩種[2]。建筑行業(yè)中相關(guān)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行基本級(jí)地震加速度計(jì)算時(shí)要充分考慮外界影響因素，正確選取地震加速度計(jì)算值，這也將在日后建筑使用中產(chǎn)生極大影響。

1.3 地震力振型組合數(shù)的設(shè)計(jì)

對(duì)較為高的建筑物，振型組合數(shù)的選取不應(yīng)該小于3；當(dāng)振型數(shù)大于3的時(shí)候，要取3的倍數(shù)作為振型組合數(shù)較為適宜；當(dāng)建筑層數(shù)小于2時(shí)，振型組合數(shù)可選取當(dāng)前樓層數(shù)。對(duì)于其他不規(guī)則建筑物，應(yīng)當(dāng)考慮建筑扭轉(zhuǎn)耦鏈時(shí)，振型組合數(shù)應(yīng)大于9；對(duì)于建筑物結(jié)構(gòu)層數(shù)比較多或者結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生突變情況較大時(shí)，振型組合數(shù)盡量選取多一些[3]。在相關(guān)建筑文書中記載，振型組合數(shù)可以選取振型質(zhì)量占總質(zhì)量的90%作為振型數(shù)。例如，某一建筑物的振型數(shù)為15，其振型數(shù)選取為12或15方能進(jìn)行下一步實(shí)施，如在振型數(shù)選取中小于90%，則可能造成建筑物某些組合件不連續(xù)可引起局部震動(dòng)，因此需要建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)其進(jìn)行精確研究。

1.4 建筑結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)

在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)周期進(jìn)行預(yù)算時(shí)，由于混凝土框架結(jié)構(gòu)通過填充墻而存在，使其結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于預(yù)算剛度，計(jì)算周期明顯變大，導(dǎo)致計(jì)算出的地震作用效應(yīng)略小于實(shí)際值，使其建筑結(jié)構(gòu)不安全，因此要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期進(jìn)行折減處理也是非常重要的。對(duì)于基礎(chǔ)建筑結(jié)構(gòu)框架來說，運(yùn)用砌體對(duì)墻體進(jìn)行填充時(shí)，周期折減系數(shù)可以根據(jù)具體的材料數(shù)量控制在0.6~0.7之間，對(duì)于采用少量砌體填充材料時(shí)，可以將周期折減系數(shù)選取在0.9，當(dāng)建筑物沒有墻而純是框架時(shí)，周期計(jì)算可以不進(jìn)行折減處理。

1.5 梁剛度放大系數(shù)

在多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中計(jì)算軟件的梁輸入模型均是矩形的截面，如果因?yàn)榭紤]對(duì)樓板形成的T型截面引發(fā)剛度增加，則能造成混凝土框架結(jié)構(gòu)計(jì)算剛度小于實(shí)際剛度，從而導(dǎo)致計(jì)算的系數(shù)偏析，使得建筑結(jié)構(gòu)不安全[4]。因此，在計(jì)算梁剛度系數(shù)時(shí)對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的放大，取放大系數(shù)中的2.0和1.5較為適宜。

2 多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)要求

2.1 強(qiáng)柱弱梁的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要求

在強(qiáng)柱弱梁中所謂的強(qiáng)弱，即是指框架結(jié)構(gòu)中梁端橫截面的實(shí)際抗壓能力的高低，也是決定當(dāng)柱截面承受到強(qiáng)力震動(dòng)之后塑性與其轉(zhuǎn)動(dòng)能力大小的基礎(chǔ)。由于強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，使其當(dāng)各個(gè)截面受到外力壓制時(shí)不至于形成“層側(cè)移結(jié)構(gòu)”，因此在接下來的建筑施工操作中，需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員盡可能地放大柱截面的尺寸，在一定程度上進(jìn)一步調(diào)控柱的軸壓，滿足其他具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求規(guī)范，最后達(dá)到增加其截面延展性的目的[5]。

在一般計(jì)算截面承受能力時(shí)，可通過人為手段將柱的設(shè)計(jì)彎矩按照強(qiáng)柱弱梁原則進(jìn)行放大調(diào)整，在一定程度上加強(qiáng)配筋對(duì)柱的構(gòu)造。在梁端縱向受拉力的鋼筋的配筋不易過高，以免造成在罕見地震中進(jìn)入屈服階段從而不能形成塑性鉸或者形成的塑性鉸轉(zhuǎn)移到另外的立柱上，同時(shí)要注意節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)，讓塑性鉸向著梁的一側(cè)內(nèi)移。

2.2 強(qiáng)剪弱彎剪力墻的設(shè)計(jì)要求

一方面為了提升抗震墻的形變能力，又為了避免剪切破壞的發(fā)生，針對(duì)于一個(gè)截面較為長(zhǎng)的抗震強(qiáng)來說，應(yīng)可用洞口的設(shè)計(jì)來連接弱連梁，使墻體可以分為小開口墻、單肢墻以及多肢墻，并且使得每一個(gè)墻段的高寬比例大于等于2。弱連梁是指在地震的作用中各個(gè)層級(jí)的連梁總約束彎矩不能大于此墻段總地震彎矩的20%。在連梁的設(shè)計(jì)上不能太強(qiáng)，以免發(fā)生水平地震下某一個(gè)墻肢出現(xiàn)全截面受拉情況，這對(duì)于建筑工程來說是非常危險(xiǎn)的[6]。但是，如果考慮到耗能，連梁又不能過于弱，當(dāng)連梁弱到一定程度時(shí)，墻肢就會(huì)變成單肢墻，由于單肢墻的延展性很弱，在地震作用下抗壓能力非常弱。

在對(duì)剪力墻實(shí)際設(shè)計(jì)中，對(duì)連梁的剛度在一定程度上都要進(jìn)行折減處置，使用室內(nèi)剪力墻的剛度一般都比較大，在水平力的作用中，可靠的實(shí)施辦法就是讓連梁先屈服，然后使其連梁滿足強(qiáng)剪弱彎的需求，實(shí)際上就是將抗彎能力降低。強(qiáng)剪弱彎就是保證建筑構(gòu)件的延性，以防止脆性破壞原理，要求認(rèn)為的加強(qiáng)各個(gè)承重部件相對(duì)于抗彎能力的抗剪承載力，使其部件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中即使經(jīng)歷地震作用也能保證其不出現(xiàn)脆性剪切而失效。因此，對(duì)多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)應(yīng)注意抗剪構(gòu)造和驗(yàn)算，使其可以滿足相關(guān)建筑規(guī)則要求。

2.3 結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)框架設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)布置，主要是確定柱在整個(gè)平面的排列方式和結(jié)構(gòu)承重選擇預(yù)案。通常情況下，主梁沿著房屋進(jìn)行橫向布置，連系梁和板均按照縱向布置。因?yàn)樨Q向荷載能力主要由橫向框架進(jìn)行承受，所以導(dǎo)致橫梁截面的高度比較大[7]。因此非常有利于加大房屋的橫向剛度需求，此種承重設(shè)計(jì)方案在多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中應(yīng)用較為廣泛。

2.4 框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖

在多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)該確定其構(gòu)件的截面尺寸以及框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖，并且由相應(yīng)專業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和荷載進(jìn)行側(cè)移分析。框架結(jié)構(gòu)中的柱截面尺寸和梁應(yīng)通過相應(yīng)承載力和剛度及延性等相應(yīng)要求進(jìn)行確定。在工作人員的初步設(shè)計(jì)中，從通常可以先選定截面尺寸，再通過經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)分析進(jìn)行承載力和變形力的驗(yàn)算，最后需要檢查所選的尺寸是否符合標(biāo)準(zhǔn)[8]。

房屋的框架結(jié)構(gòu)是由柱、梁、樓板以及一些基礎(chǔ)的構(gòu)建組合而成的空間體系，一般可以通過三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步分析，但針對(duì)平面布設(shè)較為規(guī)則的框架結(jié)構(gòu)建筑，為了方便計(jì)算，通常可以將實(shí)際的空間設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為多個(gè)縱向或者橫向平面框架結(jié)構(gòu)中進(jìn)行分析，將每一個(gè)平面框架作為一個(gè)計(jì)算單元。

3 結(jié)語(yǔ)

由上文可以看出，多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)具有傳力明確、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活以及防震能力突出等諸多優(yōu)勢(shì)，因此，在建筑行業(yè)中受到廣泛使用。盡管多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在運(yùn)用層面看似簡(jiǎn)單，但在實(shí)際的設(shè)計(jì)操作中并不是很容易，需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑整體鋼筋混凝土框架進(jìn)行仔細(xì)地研究設(shè)計(jì)，否則將會(huì)引起建筑工程出現(xiàn)質(zhì)量狀況，對(duì)其造成嚴(yán)重后果。最后，需要建筑行業(yè)相關(guān)人員在對(duì)多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，針對(duì)以上出現(xiàn)的情況逐一進(jìn)行落實(shí)，確保建筑行業(yè)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量符合當(dāng)下建筑使用標(biāo)準(zhǔn)。