鋼筋混凝土多層框架房屋結構設計中應注意的幾個問題

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1、獨立基礎設計荷載取值不當
    鋼筋混凝土多層框架房屋多采用柱下獨立基礎，《抗震規(guī)范》(GB50011-2001)第4.2.1條指出，當?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)不存在軟弱粘性土層時，不超過8層且高度在25m以下的一般民用框架房屋或荷載相當?shù)亩鄬涌蚣軓S房，可不必進行地基和基礎的抗震承載力驗算。這就是說，在8度地震區(qū)，大多數(shù)鋼筋混凝土多層框架房屋可不必進行地基和基礎的抗震承載力驗算。但這些房屋在基礎設計時應考慮風荷載的影響。因此，在鋼筋混凝土多層框架房屋的整體計算分析中，必須輸入風荷載，不能因為在地震區(qū)高層建筑以外的一般建筑風荷載不起控制作用就不輸入。
    另一種情況是，在設計獨立基礎時，作用在基礎頂面上的外荷載（柱腳內(nèi)力設計值）只取軸力設計值和彎矩設計值，無剪力設計值，或者甚至只取軸力設計值。以上兩種情況都會導致基礎設計尺寸偏小，配筋偏少，影響基礎本向和上部結構的安全。
    2、框架計算簡圖不合理
    無地下室的鋼筋混凝土多層框架房屋，獨立基礎埋置較深，在-0.05m左右設有基礎拉梁時，應將基礎拉梁按層1輸入。以某學生宿舍樓為例，該項目為3層鋼筋混凝土框架結構，丙類建筑，建筑場地為Ⅱ類；層高3.3m，基礎埋深4.0m基礎高度0.8m，室內(nèi)外高差0.45m。根據(jù)《抗震規(guī)范》第6.1.2條，在8度地震區(qū)該工程框架結構的抗震等級為二級。設計者按3層框架房屋計算，首層層高取3.35m，即假定框架房屋嵌固在-0.05m處的基礎拉梁頂面；基礎拉梁的斷面和配筋按構造設計；基礎按中心受壓計算。顯然，選取這樣的計算簡圖是不妥當?shù)?。因為，第一，按構造設計的拉梁無法平衡柱腳彎矩；第二，《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2002）第7.3.11條規(guī)定，框架結構底柱的高度應取基礎頂面至首層樓蓋頂面的高度。工程設計經(jīng)驗表明，這樣的框架結構宜按4層進行整體分析計算，即將基礎拉梁層按層1輸入，拉梁上如作用有荷載，應將荷載一并輸入。
    這樣，計算剪力的首層層高為H1=4-0.8-0.05=3.15m，層2層高為3.35m，層3、4層高為3.3m。根據(jù)《抗震規(guī)范》第6.2.3條，框架柱底層柱腳彎矩設計值應乘以增大系數(shù)1.25。當設拉梁層時，一般情況下，要比較底層柱的配筋是由基礎頂面處的截面控制還是由基礎拉梁頂面處的截面控制?？紤]到地基土的約束作用，對這樣的計算簡圖，在電算程序總信息輸入中，可填寫地下室層數(shù)為1，并復算一次，按兩計算結果的包絡圖進行框架結構底層柱的配筋。
    3、基礎拉梁層的計算模型不符合實際情況
    基礎拉梁層無樓板，用TAT或SATWE等電算程序進行框架整體計算時，樓板厚度應取零，并定義彈性節(jié)點，用總剛分析方法進行分析計算。有時雖然樓板厚度取零，也定義彈性節(jié)點，但未采用總剛分析，程序分析時自動按剛性樓面假定進行計算，與實際情況不符。房屋平面不規(guī)則，要特別注意這一點。
    4、基礎拉梁設計不當
    多層框架房屋基礎埋深值大時，為了減速小底層柱的計算長度和底層的位移，可在±0.000以下適當位置設置基礎拉梁，但不宜按構造要求設置，宜按框架梁進行設計，并按規(guī)范規(guī)定設置箍筋加密區(qū)。但就抗震而言，應采用短柱基礎方案。
    一般說來，當獨立基礎埋置不深，或者過去時置雖深但采用了短柱基礎時，由于地基不良或柱子荷載差別較大，或根據(jù)抗震要求，可沿兩個主軸方向設置構造基礎拉梁?；A拉梁截面寬度可取柱中心距的1/20～1/30，高度可取柱中心距的1/12～1/18。構造基礎拉梁的截面可取上述限值范圍的下限，縱向受力鋼筋可取所連接柱子的最大軸力設計值的10％作為拉力或壓力來計算，當為構造配筋，除滿足最小配筋率外，也不得小于上下各2Ⅱ14，配筋不得小于Ⅰ8-200。當拉梁上作用有填充墻或樓梯柱等傳來的荷載時，拉梁截面應適當加大，算出的配筋應和上述構造配筋疊加。構造基礎拉梁頂標高通常與基礎高或短柱頂標高相同。在這種情況下，基礎可按偏心有受壓基礎設計。
    當框架底層層高不大或者基礎過去埋置不深時，有時要把基礎拉梁設計得比較強大，以便用拉梁來平衡柱底彎矩。這時，拉梁正彎矩鋼筋應全跨拉通，負彎矩鋼筋至少應在1/2跨拉通。拉梁正負彎矩鋼筋在框架柱內(nèi)的錨固、拉梁箍筋的加密及有關抗震構造要求與上部框架梁完全相同。
    此時拉梁宜設置在基礎頂部，不宜設置在基礎頂面之上，基礎則可按中心受壓設計。
    5、框架結構帶樓電梯小井筒
    框架結構應盡量避免設置鋼筋混凝土樓電梯小井筒。因為井筒的存在會吸收較大的地震剪力，相應地減少框架結構承擔的地震剪力，而且井筒下基礎設計也比較困難，故這些井筒多采用砌體材料做填充墻形成隔墻。當必須設計鋼筋混凝土井筒時，井筒墻壁厚度應當減薄，并通過開豎縫、開結構洞等辦法進行剛度弱化；配筋也只宜配置少量單排鋼筋，以減小井筒的作用。設計計算時，除按框架確定抗震等級并計算外，還應按帶井筒的框架（當平面不規(guī)則時，宜考慮耦聯(lián)）復核，并加強與井墻體相連的柱子的配筋。
    此外，還要特別指出，對框架結構出屋頂?shù)臉请娞蓍g和水箱間等，應采用框架承重，不得采用砌體墻承重；而且應當考慮鞭梢效應乘以增大系數(shù)；雨篷等構件應從承重梁上挑出，不得從填充墻上挑出；樓梯梁和夾層梁等應承重柱上，不得支承在填充墻上。
    6、結構計算中幾個重要參數(shù)的合理選取
    《抗震規(guī)范》第3.6.6.4條指出，所有的計算機計算結果，應經(jīng)分析判斷確認其合理、有效后方可用于工程設計。通常情況下，計算機的計算結果主要是結構的自振周期、樓層地震剪力系數(shù)、樓層彈性層間位移（包括最大位移與平均位移比）和彈塑性變形驗算時樓層的彈塑性層間位移、樓層的側向剛度比、振型參與質量系數(shù)、墻和柱的軸壓比及墻、柱、梁和板的配筋、底層墻和柱底部截面的內(nèi)力設計值、框架--抗震墻結構抗震墻承受的地震傾覆力矩與總地震傾覆力矩的比值。超筋超限信息等等。
    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。
    現(xiàn)以空間有限元分析與設計程序SATWE為例，結合施工圖審查中發(fā)現(xiàn)的問題，來說明有關參數(shù)如何合理選取。