多层建筑结构设计中框架结构的问题分析与处理

　　摘要：我们在设计过程中对梁、柱、板以及结构体系中的一些注意事项应该有清晰的认识, 使设计的工程既经济又合理。本文对多层建筑结构中的框架结构问题进行了探讨。
　　关键词：多层建筑;框架结构;问题;处理
　　随着经济的高速发展，我国多层建筑发展迅速，其设计思想在不断更新，建筑平面布置与竖向体形也越来越复杂，给多层结构设计提出更高的要求。 多层建筑采用框架结构形式，可形成内部大空间，同时也能进行灵活的建筑平面布置。 因此，框架结构体系在结构设计中应用甚广，特别是在高度不超过50m的多层建筑中，其优势更为明显、 突出。
　　一、独立基础设计荷载取值问题
　　通常情况下， 多层框架房屋采用的是柱下独立基础的形式， 而 《抗震规范》中明确指出， 在地基的主要持力层没有软弱粘性土层的情况下， 当建筑高度在25米以内且层数在8层以内的一般民用建筑， 可以不对地基和基础的抗震承载力进行验算。 但是在进行基础设计时应该要将风荷载考虑进去。所以， 不能因为一般建筑在地震区风荷载不是控制荷载而忽略了。还有些设计师在进行独立基础设计时， 柱脚内力设计值取值不合理， 只对轴力与弯曲采取了设计值， 而未能考虑剪力， 还有些甚至只取了轴力设计值。若独立基础的设计荷载取值不合理， 将会导致建筑结构的不安全或者材料浪费。
　　二、基础系梁的设置问题
　　如果基础埋置深度较深时, 可以用基础系梁减少底层柱的计算长度。在±0.000以下设置系梁，此时系梁宜按一层框架梁进行设计, 同时系梁以下的柱应按短柱处理。如果工程条件符合 <建筑抗震设计规范> 第 6.1.11 条规定, 应设基础系梁。根据抗震要求, 可沿两个主轴方向设置构造基础系梁。基础系梁截面高度可取柱中心距的1/12～1/15。构造基础系梁纵向受力钢筋可取上述所连接柱的最大轴力设计值的10%作为拉力或压力来计算。当为构造配筋时, 应满足最小配筋率;当基础系梁上作用有填充墙或楼梯柱等传来的荷载时, 应与所连接柱子的最大轴力设计值的10%叠加计算。基础系梁截面也应适当增加, 算出的配筋应满足受力要求和构造配筋要求。构造基础系梁顶标高通常与基础顶标高相同。为减少基础系梁计算跨度，可以将基础梁下与独立基础的台阶或锥形斜坡之间的空隙部分用素混凝土浇筑至与基础顶面平齐, 再浇筑基础系梁。
　　如果用基础系梁平衡柱底弯矩, 基础系梁的截面尺寸与配筋应按框架梁设计。这时, 拉梁正弯矩钢筋应全部拉通, 负弯矩钢筋至少应在 1/2 跨拉通, 基础系梁的纵筋在框架柱内的锚固、箍筋的加密及其余抗震构造要求应与上部框架梁完全相同,且此时拉梁应设置在基础顶部。
　　综上所述, 如不设置基础系梁, 填充墙可以采用素混凝土条形基础;如设置基础拉梁, 宜在框架柱之间设置, 对于不在框架柱之间的墙体基础可采用素混凝土基础。
　　三、 框架结构梁设计的问题与处理
　　在框架结构梁的设计中， 如果梁上存在次梁( 包括挑梁端部) 应该考虑附加箍筋和吊筋， 同时优先考虑采用附加箍筋。 在梁上的小柱和水箱下， 如果梁架在板上， 在设计的时候不必加附加筋。 同时为了表达清楚，在做施工图的时候可以考虑在结构设计总说明处 ，画一节点 ，有次梁处两侧各加3根主梁箍筋作为补充。
　　如果次梁的端部与框架梁相交或弹性支承在墙体上， 梁的端支座我们可以按照简支梁来处理， 但是梁的端箍筋应该考虑加密。 在设计考虑抗扭的梁时， 纵筋的间距不应大于300mm并且不能大于梁的宽度， 即我们在设计的时候要求加腰筋来增加梁的抗扭 ，并且纵筋和腰筋锚入支座内的长度要达到锚固长度。 箍筋要求同抗震设防时的要求保持一致 。反梁的板吊在梁底下， 板荷载宜由箍筋来承受， 或适当的增大箍筋的间距， 梁支承偏心布置墙时宜做下挑沿。
　　框架梁的高度宜取梁跨度的1/10- 1/15, 扁梁的宽度可以取到柱宽的两倍。 扁梁的箍筋应该延伸至另一方向的梁的边缘。
　　四、结构计算中几个重要参数的选取问题
　　《抗震规范》第3.6.6.4条指出，所有的计算机计算结果，都应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。通常情况下，计算机的计算结果主要是结构的自振周期,楼层地震剪力系数,楼层弹性层间位移(包括最大位移与平均位移比)和弹塑性变形验算时楼层的弹塑性层间位移。楼层的侧向刚度比,振型参与质量系数,墙和柱的轴压比及墙、柱、梁和板的配筋,底层墙和柱底部截面的内力设计值。框架——抗震墙结构中抗震墙承受的地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值。为了分析判断计算机计算结果是否合理,进行结构设计计算时,除了有合理的结构方案、正确的结构计算简图外，正确填写抗震设防烈度和场地类别,合理选取电算程序总信息中的其他各项参数也是十分重要的。
　　1、结构的抗震等级
　　在工程设计中,多数房屋建筑按其抗震设防分类属于丙类建筑,如民用住宅、办公楼及一般工业建筑等。其抗震等级可根据烈度、结构类型和房屋的高度,按 《抗震规范》表6.1.2确定，而对于电讯、交通、能源、消防和医疗等类建筑以及大型体育场馆、大型零售商场等公共建筑,首先,应当根据《建筑工程抗震设防分类标准》确定其中哪些建筑属于乙类建筑。对于乙、丙类建筑,其地震作用均按本地区抗震设防烈度计算。对于乙类建筑,一般情况下,当抗震设防烈度为6～8度时,抗震措施应符合按本地区抗震设防烈度提高一度的要求。 所谓抗震措施,在这里主要体现为按本地区设防烈度提高一度,由《抗震规范》表6.1.2确定其抗震等级,当7度地区的乙类建筑的高度超过表6.1.2规定的范围时,还应采取比一级抗震等级更有效的抗震措施。如:某7度地震区城市的一个大型零售商场和一个三级医院的门诊楼本属乙类建筑,但设计人员错当成丙类建筑来设计,使建筑物的抗震能力大为降低,不得不对设计计算作重大修改。
　　2、地震力的振型组合数
　　对于多层建筑,当不考虑扭转耦联计算时,地震力的振型组合数至少应取3;当振型数多于3时,宜取3的倍数,但不应多于层数;当房屋层数≤2时,振型数可取层数,对于不规则的高层建筑结构,当考虑扭转耦联时,振型数应≥9:结构层数较多或结构刚度突变较大时,振型数应多取,如结构有转换层,顶部有小塔楼、属多塔结构等,振型数应≥12或更多。但不能多于房屋层数的3倍,只有当定义弹性楼板,采用总刚分析,且必要时,振型数才可以取得更多。《抗震规范》 中指出,合适的振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90%所需的振型数。SATWE等电算程序已有这种功能,可以很方便地输出这种参与质量的比值。有人员不大重视电算程序使用手册的应用,选取振型数时比较随意,这是应当改进的。此外,由耦联计算的地震剪力通常小于非耦联计算得来的数值。仅当结构存在明显扭转时才采用耦联计算,但在必要时应补充非耦联计算。
　　3、结构周期折减系数
　　框架结构及框架--抗震墙等结构中。由于填充墙的存在,使结构的实际刚度大于计算刚度。计算周期大于实际周期,因此,算出的地震剪力偏小,结构显得不安全,所以对结构的计算周期进行折减是必要的;但若折减系数取得过大也是不妥当的。 对于框架结构来说,采用砌体填充墙时,周期折减系数可取0.6～0.7;砌体填充墙较少或采用轻质砌块时,可取0.7～0.8;完全采用轻质墙体板材时,可取0.9，只有无墙的纯框架,计算周期才可以不折减。
　　在框架结构设计中,不论工程简单还是复杂,其实终究是由梁、柱、板形成的基本单元组合而成,因此我们在设计过程中对梁、柱、板以及结构体系中的一些注意事项应该有清晰的认识, 使设计的工程既经济又合理。
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