淺談多層混凝土框架結構設計

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中圖分類號：[f287.8] 文獻標識碼：a 文章編號：2095-2104（2012） 

摘要：鋼筋混凝土結構是由鋼筋和混凝土兩種性質截然不同的材料組成的,因其具有諸多的優(yōu)點而廣泛應用于土木工程中。鋼筋混凝土框架結構是由樓板、梁、柱及基礎4種承重構件組成的，由主梁、柱與基礎構成平面框架，各平面框架再由連續(xù)梁連接起來而形成的空間結構體系。在合理的高度和層數(shù)的情況下，框架結構能夠提供較大的建筑空間，其平面布置靈活，可適合多種工藝與使用功能的要求。  關鍵詞：多層混凝土；框架結構；設計  abstract: the reinforced concrete structure consists by steel and concrete, such two materials with totally different properties, which has been widely used in civil engineering for its numerous advantages. the reinforced concrete frame structure is composed of four kinds of bearing members: floor, beam, pillar and foundation, with girder, pillar and foundation forming plane frame, and each plane frame forming the spatial structure system connected by continuous beams. with reasonable height and floors, the frame structure can provide larger building space,which is applicable to multiple techniques and service functions for its flexible plane layout.  key words: multi-storey concrete; frame structure; design  一、結構設計原則  1.1結構的整體性原則  多層建筑結構中，樓蓋對于結構的整體性起到非常重要的作用，它不僅聚集和傳遞慣性力到各個豎向抗側力子結構，而且要使這些子結構能協(xié)同承受地震作用，特別是當豎向抗側力子結構布置不均勻或布置復雜或各抗側力子結構水平變形特征不同時，整個結構就要依靠樓蓋使各抗側了子結構能協(xié)同工作。樓蓋體系提供足夠的面內剛度和抗力，并與豎向各子結構有效連接，當結構空曠、平面狹長或平面凸凹不規(guī)則或樓蓋開大洞口時，更應特別注意；多、高層建筑結構基礎的整體性以及基礎與上部結構的可靠連接是結構整體性的重要保證。  1.2結構簡單性原則  結構簡單是指結構具有直接和明確的傳力途徑，結構的計算模型、內力和位移分析以及限制薄弱部位出現(xiàn)都易于把握。在荷載作用下，結構的傳力路線越短、越直接，結構的工作效能越高，所耗費的建材也就越少。  1.3結構的規(guī)則和均勻性原則。  沿建筑物豎向，建筑造型和結構布置比較均勻，避免剛度。承載能力和傳力途徑的突變，以限制結構在豎向某一樓層或極少數(shù)幾個樓層出現(xiàn)敏感的薄弱部位，這些部位將產生過大的應力集中或過大的變形，容易導致結構過早倒塌；建筑平面比較規(guī)則，平面內結構布置比較均勻，使建筑物分布質量產生的地震慣性力能以比較短和直接的途徑傳遞，并使質量分布與結構剛度分布協(xié)調，限制質量與剛度之間的偏心。  二、重要設計參數(shù)的選取  《建筑抗震設計規(guī)范》第3.6.4條指出，建筑結構抗震設計應按照樓、屋蓋在平面內變形情況確定為剛性、半剛性和柔性的橫隔極，再按抗側力系統(tǒng)的布置確定抗側力構件間的共同工作并進行各構件的地震內力分折并經(jīng)判斷確認其合理、有效后方可用于工程設計。  為了分析判斷計算機計算結果是否合理，結構設計計算時，除了有合理的結構方案、正確的結構計算簡圖外，正確填寫抗震設防烈度和場地類別，合理選取電算程序總信息中的其他各項參數(shù)也是十分重要的。  2.1結構的抗震等級的確定  在工程設計中，多數(shù)房屋建筑按其抗震設防分類屬于丙類建筑，如民用住宅、辦公樓及一般工業(yè)建筑等等，其抗震等級可根據(jù)烈度、結構類型和房屋的高度按《建筑抗震設計規(guī)范》表6.1.2確定。而電訊、交通、能源、消防和醫(yī)療等類建筑以及大型體育場館、大型零售商場等公共建筑，首先，應當根據(jù)《建筑抗震設防分類標準》(gb50223-95)確定其中哪些建筑屬于乙類建筑(可能還有甲類建筑，本文不涉及)。乙、丙類建筑，地震作用均按本地區(qū)抗震設防烈度計算。對于乙類建筑，一般情況下，當抗震設防烈度為6～8度時，抗震措施應符合本地區(qū)抗震設防烈度提高一度的要求。  2.2合理確定地震力的振型組合數(shù)  地震力的振型組合數(shù)，對多層建筑，當不考扭轉耦聯(lián)計算時，至少應取3；當振型數(shù)多于3時，宜取3的倍數(shù)，但不應多于層數(shù)；當房屋層數(shù)≤2時，振型數(shù)可取層數(shù)。對于不規(guī)則的結構，當考慮扭轉耦聯(lián)時，對多層建筑，振型數(shù)應取≥9；結構層數(shù)較多或結構剛度突變較大，振型數(shù)應多取，如結構有轉換層、頂部有小塔樓、多塔結構等，振型數(shù)應取≥12或更多，但不能多于房屋層數(shù)的3倍；只有當定義彈性樓板，且采用總剛分析，必要時，振型數(shù)才可以取的更多?！督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》指出，合適的振型個數(shù)一般可以取振型參與質量達到總質量的90%所需的振型數(shù)。sat we等電算程序已有這種功能，可以很方便地輸出這種參與質量的比值。有些設計人員不大重視電算程序使用手冊的應用，選取振型數(shù)時比較隨意，這是需要應當改進的。此外，由耦聯(lián)計算的地震剪力通常小于非耦聯(lián)計算，僅當結構存在明顯扭轉時才采用耦聯(lián)計算，但非耦聯(lián)計算往往是不可缺少的。  2.3結構周期折減系數(shù)的確定  框架結構及框架-抗震墻等結構，由于填充墻的存在，使結構的實際剛度大于計算剛度，計算周期大于實際周期，因此，算出的地震剪力偏小，使結構偏于不安全，因而對結構的計算周期進行折減是必要的，但對框架結構的計算周期不折減或折減系數(shù)取得過大也是不妥當?shù)摹蚣芙Y構，采用砌體填充墻時，周期折減系數(shù)可取0.6～0.7；砌體填充墻較少或采用輕質砌塊時，可取0.7～0.8；完全采用輕質墻體板材時，可取0.9。只有無墻的純框架，計算周期才可以不折減。  2.4框架梁、柱箍筋間距的確定  《建筑抗震設計規(guī)范》第6.3.3條及6.3.8條對不同抗震等級的框架梁、柱箍筋加密區(qū)的最小箍筋直徑和最大箍筋間距做出了明確規(guī)定。根據(jù)這些規(guī)定，工程設計中習慣上常取梁、柱箍筋加密區(qū)最大間距為100mm，非加密區(qū)箍筋最大間距為200mm。電算程序總信息中通常也內定梁、柱箍筋加密區(qū)間距為100mm，并以此為依據(jù)計算出加密區(qū)箍筋面積，由設計人員據(jù)規(guī)范確定箍筋直徑和肢數(shù)。  對于框架柱，當框架內定柱加密區(qū)箍筋間距為100mm時，在某些情況下，亦可能因非加密區(qū)箍筋間距采用200mm引起配箍不足。因此，我們也建議程序內定柱的箍筋間距改為取柱的非加密區(qū)的箍筋間距200mm及某些特殊要求。  這里需要指出的是，梁、柱箍筋非加密區(qū)配箍驗算時可不考慮強剪弱彎的要求，即剪力設計值取加密區(qū)終點處外側的組合剪力設計值，并且不乘以剪力增大系數(shù)。當然，如果電算程序能同時給出梁、柱箍筋加密區(qū)和非加密區(qū)的箍筋面積，則于設計者應更加方便了。  2.5框架梁剛度的放大系數(shù)的取值應合理  在用tat或satwe等電算程序進行框架整體計算時，框架梁剛度的放大系數(shù)應根據(jù)樓面的結構形式合理確定。根據(jù)《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》(jgj3-2002)第5.2.2條的規(guī)定，對于現(xiàn)澆樓面和裝配整體式樓面，框架梁(包括中梁及邊梁)可考慮翼緣的作用，剛度放大系數(shù)可取1.3～2.0，進行分析計算；而對于無現(xiàn)澆面層的裝配式結構，可不考慮框架梁剛度的放大。在工程設計過程中，這一點很容易被有些設計人員忽視，要特別注意這一點。  2.6地下室層數(shù)的輸入處理  多層框架結構房屋也有設置地下室的。由于隔墻少，常采用筏板式基礎。在電算時，應將地下室層數(shù)和上部結構一起輸入，并在總信息中按實際的地下室層數(shù)填寫。這樣，計算地基和基礎底板的豎向荷載可以一次形成，并且在抗震計算時，程序會自動對框架底層柱底截面的彎矩設計值乘以增大系數(shù)。同時通過對層側移剛度比的分析比較，還可以正確判斷和調整房屋的嵌固位置，并采取相應的抗震構造措施，保證樓板有必要的厚度和最小配筋率等等；當結構表現(xiàn)為豎向不規(guī)側時，不僅要驗算薄弱層，而且還要對薄弱層的地震剪力乘以1.15的增大系數(shù)。如果在結構總體計算時，總信息中填寫的地下室層數(shù)少于實際輸入的層數(shù)，彎矩設計值增大系數(shù)將會乘錯位置，從而在發(fā)生地震時，會使極易發(fā)生震害的底層柱底部位因抗震能力降低而破壞。  三、結論  總而言之，在框架結構設計中，不論工程簡單還是復雜，其實終究是由梁、柱、板形成的基本單元組合而成，因此我們在設計過程中對梁、柱、板以及結構體系中的一些注意點應該有清晰的認識，使設計的工程既經(jīng)濟又合理。  參考文獻:  [1] 楊海明，多層鋼筋混凝土框架結構設計中的問題分析[j]山西建筑，2008-29  [2] 楊永青，談鋼筋混凝土框架結構設計應注意的問題[j] 中國新技術新產品，2008-7