論述多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及框架結(jié)構(gòu)的問(wèn)題
關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；多層建筑；設(shè)置問(wèn)題
1框架結(jié)構(gòu)薄弱層的判定與處理分析
薄弱層是指在強(qiáng)烈地震下,結(jié)構(gòu)首先屈服并產(chǎn)生較大彈塑性位移的部位,這些部位的承載力是滿足設(shè)計(jì)地震作用下抗震承載力要求的,只有在地震烈度大于等于7度地區(qū)才會(huì)出現(xiàn)。
1.1如何判斷薄弱層
對(duì)于薄弱層的判斷,有個(gè)人指定、計(jì)算判定、強(qiáng)制認(rèn)定三種方式。在PKPM的SATWE軟件里,設(shè)計(jì)人根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.5.4條規(guī)定或個(gè)人經(jīng)驗(yàn)可以直接指定哪一層為薄弱層；軟件在計(jì)算時(shí),如果結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度不規(guī)則。某層的抗側(cè)移剛度小于相鄰上一層的70％,或小于其上相鄰三個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值的80％,或樓層承載力突變,滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.4.2條豎向不規(guī)則的規(guī)定,軟件自動(dòng)將該層指定為薄弱層；如果結(jié)構(gòu)存在轉(zhuǎn)換層,即豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù),那么不管該層剛度與上層或上三層的比值是
否滿足規(guī)范要求,或樓層承載力是否滿足規(guī)范要求,必須強(qiáng)制認(rèn)為該層為薄弱層。
1.2如何處理薄弱層
薄弱層是對(duì)抗震極為不利的結(jié)構(gòu)層,原則上應(yīng)避免出現(xiàn)薄弱層。避免出現(xiàn)薄弱層的最基本方法是加大該層的抗側(cè)移剛度,即加大該層的柱截面或梁截面；如果條件允許,可以改變?cè)搶訉痈呋驕p少基礎(chǔ)埋置深度。當(dāng)無(wú)法避免出現(xiàn)薄弱層時(shí),在結(jié)構(gòu)計(jì)算和出圖時(shí)必須按照規(guī)范規(guī)定采取相應(yīng)的措施根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.4.3.2條及第5.5.2條至第5.5.5條的規(guī)定,除對(duì)薄弱層的地震剪力乘以1.15倍的放大系數(shù)外,還應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算。樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)為按構(gòu)件實(shí)際配筋和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的樓層受剪承載力和按罕遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的樓層彈性地震剪力的比值如果在地震烈度7度至9度地區(qū)的結(jié)構(gòu)樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)小于0.5時(shí),應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性變形驗(yàn)算,符合表5.5.5的規(guī)定。如果不符合上述要求,必須對(duì)結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行調(diào)整。
2基礎(chǔ)系梁的設(shè)置問(wèn)題
如果基礎(chǔ)埋置深度較深時(shí),可以用基礎(chǔ)系梁減少底層柱的計(jì)算長(zhǎng)度。在±0．00以下設(shè)置系梁,此時(shí)系梁宜按一層框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì),同時(shí)系梁以下的柱應(yīng)按短柱處理。如果工程條件符合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.1.11條規(guī)定,應(yīng)設(shè)基礎(chǔ)系梁。根據(jù)抗震要求,可沿兩個(gè)主軸方向設(shè)置構(gòu)造基礎(chǔ)系梁�；A(chǔ)系梁截面高度可取柱中心距的1/12～1/15。構(gòu)造基礎(chǔ)系梁縱向受力鋼筋可取上述所連接柱的最大軸力設(shè)計(jì)值的10％作為拉力或壓力來(lái)計(jì)算。當(dāng)為構(gòu)造配筋時(shí),應(yīng)滿足最小配筋率；當(dāng)基礎(chǔ)系梁上作用有填充墻或樓梯柱等傳來(lái)的荷載時(shí),應(yīng)與所連接柱子的最大軸力設(shè)計(jì)值的10％疊加計(jì)算�；A(chǔ)系梁截面也應(yīng)適當(dāng)增加,算出的配筋應(yīng)滿足受力要求和構(gòu)造配筋要求。
構(gòu)造基礎(chǔ)系梁頂標(biāo)高通常與基礎(chǔ)頂標(biāo)高相同。為減少基礎(chǔ)系梁計(jì)算跨度，可以將基礎(chǔ)梁下與獨(dú)立基礎(chǔ)的臺(tái)階或錐形斜坡之間的空隙部分用與素混凝土澆筑至與基礎(chǔ)頂面平齊,再澆筑基礎(chǔ)系梁。如果用基礎(chǔ)系梁平衡柱底彎矩,基礎(chǔ)系梁的截面尺寸與配筋應(yīng)按框架梁設(shè)計(jì)。這時(shí),拉梁正彎矩鋼筋應(yīng)全部拉通,負(fù)彎矩鋼筋至少應(yīng)在1/2跨拉通,基礎(chǔ)系梁的縱筋在框架柱內(nèi)的錨固、箍筋的加密及其余抗震構(gòu)造要求應(yīng)與上部框架梁完全相同,且此時(shí)拉梁應(yīng)設(shè)置在基礎(chǔ)頂部。綜上所述,如不設(shè)置基礎(chǔ)系梁,填充墻可以采用素混凝土條形基礎(chǔ)；如設(shè)置基礎(chǔ)拉梁,宜在框架柱之間設(shè)置,對(duì)于不在框架柱之間的墻體基礎(chǔ)可采用素混凝土基礎(chǔ)。
3樓板開(kāi)大洞結(jié)構(gòu)計(jì)算注意問(wèn)題
樓板開(kāi)洞的結(jié)構(gòu)比較普通,如果開(kāi)洞面積大于該層樓面面積1～30％,就屬于平面不規(guī)則了,計(jì)算時(shí)必須進(jìn)行處理以PKPM軟件為例,TAT和SAT、IVE分別采用了兩種方式進(jìn)行處理。TAT軟件是將無(wú)樓板的節(jié)點(diǎn)定義為彈性節(jié)點(diǎn),也就是表明該節(jié)點(diǎn)不受剮性樓板假定的限制,其平動(dòng)自由度獨(dú)立(在這里所指的節(jié)點(diǎn)為梁柱交點(diǎn))；SAT—WE軟件是將所有樓板定義為彈iS膜,由軟件真實(shí)地計(jì)算樓板的平面內(nèi)剛度，忽略樓板的片面外剛度。建議如果某層洞口面積大于樓層面積的30％以上時(shí),應(yīng)將全樓所有樓板定義為彈性膜比較符合實(shí)際,也可以將該層洞口邊緣節(jié)點(diǎn)定義為彈性節(jié)點(diǎn)(即不考慮樓板的剛度)；如果屋面為剛網(wǎng)架時(shí),應(yīng)輸入板厚,定義為彈性膜。真實(shí)計(jì)算樓板的平面內(nèi)剛度,比較符合實(shí)際。在正確定義了彈性節(jié)點(diǎn)或彈性膜后,在后續(xù)計(jì)算中必須采用總剛計(jì)算法,否則側(cè)剛度計(jì)算法仍按剛性樓板計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力和配筋,計(jì)算時(shí)應(yīng)特別注意這一點(diǎn)。
4框架梁柱偏心問(wèn)題
在實(shí)際工程中,由于建筑專業(yè)需要,外墻與柱邊平齊。這樣框架梁要么設(shè)挑耳,要么與柱偏心,設(shè)計(jì)人往往不知選擇哪種方法。如果框架粱設(shè)挑耳,可以保證框架梁與框架柱中心對(duì)齊，對(duì)梁、柱受力均有利,但往往會(huì)出現(xiàn)這樣一個(gè)問(wèn)題,即填充墻的構(gòu)造柱下部與上部縱筋不好錨固,筆者一般這樣處理的,如圖1所示。如果將框架梁與框架柱偏心,在地震作用下,往往會(huì)導(dǎo)致梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)受剪面積不足,并對(duì)柱帶來(lái)扭轉(zhuǎn)效應(yīng),并且《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第6．1．5條對(duì)梁的偏心距做了專門(mén)規(guī)定。因此,建議外框架梁宜采用設(shè)挑耳的方法解決外填充墻偏心的問(wèn)題。
5短柱
在框架結(jié)構(gòu)中,如果柱凈高與柱截面高度小于等于4或剪跨比小于等于2,那么該柱為短柱。短柱在地震作用下,容易發(fā)生脆性破壞。因?yàn)槎讨氖芗舫休d力及變形能力不足,會(huì)引起建筑物的嚴(yán)重破壞,設(shè)計(jì)上應(yīng)盡可能避免。短柱的形成主要有兩種原因：一是由于樓梯間半休息平臺(tái)或結(jié)構(gòu)局部錯(cuò)層造成兩個(gè)框架梁之間的框架柱凈高較小引起的；二是填充墻設(shè)置不當(dāng),造成某層的框架柱兩側(cè)一部分無(wú)填充墻,一部分有填充墻,無(wú)填充墻的柱凈高與柱截面之比往往小于等于4,形成短柱。處理短柱主要是增加柱的抗剪承載力及改善其變形能力,一般采用復(fù)合箍筋,箍筋沿全高加密；保證短柱的縱向鋼筋對(duì)稱布置，且每側(cè)的縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2％的方式處理,也可以采用外包鋼板、配X形鋼筋等方式處理。
6部分計(jì)算參數(shù)的合理選用
6.1梁扭矩的折減
現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)中，如果梁兩邊沒(méi)有樓板或有弧形梁時(shí)，扭矩折減系數(shù)應(yīng)為1.0：如果梁兩側(cè)均有樓板,應(yīng)對(duì)梁的扭矩進(jìn)行折減,折減系數(shù)一般為0.4。對(duì)于一般工程,梁的配筋應(yīng)計(jì)算兩次；一次對(duì)所有梁的扭矩折減,計(jì)算出兩側(cè)都有樓板的梁的配筋；另一次對(duì)所有的梁扭矩不折減。計(jì)算出一側(cè)有樓板或兩側(cè)都沒(méi)有樓板的梁的配筋。這樣計(jì)算結(jié)構(gòu)比較符合實(shí)際。這一點(diǎn)應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員的重視。
6.2梁端負(fù)彎矩調(diào)整系數(shù)與粱彎矩放發(fā)系數(shù)
結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí),框架梁在豎向荷載作用下,梁端負(fù)彎矩往往很大,造成鋼筋太密,無(wú)法施工；同時(shí),由于框架結(jié)構(gòu)一般為超靜定結(jié)構(gòu),框架梁在達(dá)到承載能力極限狀態(tài)之前,總會(huì)產(chǎn)生不同程度的塑性內(nèi)力重分布,因此可以適當(dāng)降低框架梁在豎向荷載作用下的負(fù)彎矩,通過(guò)平衡條件相應(yīng)增大梁跨中彎矩。應(yīng)注意這里只是降低梁在豎向荷載作用下的負(fù)彎矩,然后再與水平作用產(chǎn)生的彎矩組合設(shè)計(jì)。而梁彎矩放大系數(shù)僅在沒(méi)有考慮梁的活荷載不利布置時(shí)起作用，并且對(duì)梁的正負(fù)彎矩均起作用,且不可與考慮梁的活荷載不利布置同時(shí)考慮,這樣會(huì)引起梁彎矩增大,造成材料浪費(fèi)。
7應(yīng)用平法圖集須注意的問(wèn)題
現(xiàn)在大部分地區(qū)的框架結(jié)構(gòu)一般都用《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖》(03G101—1)的平法表示梁、柱、剪力墻的配筋,在使用圖集時(shí)宜注意以下問(wèn)題。
框架柱如果采用剖面列表法表示配筋時(shí),應(yīng)注意每層樓面標(biāo)高以下的箍筋加密區(qū)長(zhǎng)度應(yīng)為框架梁高與規(guī)范規(guī)定的箍筋加密區(qū)長(zhǎng)度(1/6柱凈高、柱截面高度、500mm中的較大值)之和,因?yàn)镻KPM軟件出圖時(shí)加密區(qū)長(zhǎng)度沒(méi)有包含梁高,而施工人員如果照?qǐng)D施工。往往會(huì)造成箍筋加密區(qū)高度不夠。另外,由于一層建筑地面是在主體結(jié)構(gòu)澆筑完畢后才施工的,如果一層地面為剛性地面,根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.3.10.2條規(guī)定,柱箍筋在剛性地面上下各500mm范圍內(nèi)應(yīng)加密,這一點(diǎn)往往被施工單位忽視,設(shè)計(jì)人應(yīng)在設(shè)計(jì)圖紙中有明確交待。在框架結(jié)構(gòu)中。井字梁支座上部縱筋的外伸長(zhǎng)度應(yīng)交待。此外,由于梁截面過(guò)小或承載力較大時(shí),框架梁如設(shè)三排縱筋,建議調(diào)整梁截面或縱筋直徑改為兩排,否則,第三排縱筋的外伸長(zhǎng)度應(yīng)交待。
8非結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)
根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.7.1條規(guī)定,非結(jié)構(gòu)構(gòu)件,包括建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和建筑附屬機(jī)電設(shè)備、自身冀其與結(jié)構(gòu)主體的連接，應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。比如框架結(jié)構(gòu)中女兒墻構(gòu)造柱的設(shè)置,尤其注意女兒墻高度大于1.0m時(shí),應(yīng)注意采取結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施,保證女兒墻的穩(wěn)定；還有建筑裝飾用的砌塊柱的穩(wěn)定性、突出屋面的小構(gòu)架內(nèi)力與配筋(應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)一起輸入計(jì)算)�！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》第13章對(duì)此有專門(mén)規(guī)定,設(shè)計(jì)人遇到類似工程應(yīng)嚴(yán)格遵守此規(guī)定。突出屋面的屋頂間、女兒墻、煙囪的地震作用效應(yīng),宜乘以增大系數(shù)3,此增大部分不應(yīng)往下傳遞,但與該突出部分相連的構(gòu)件應(yīng)計(jì)入�？蚣芙Y(jié)構(gòu)中突出屋面的電梯間、樓梯間、水箱間應(yīng)采用框架承重,不應(yīng)采用砌體承重。
9結(jié)束語(yǔ)
多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中較為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì),也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中較為重要的一種形式。在設(shè)計(jì)時(shí),如何處理各種不同的問(wèn)題值得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不斷探討和研究。實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)范作科學(xué)合理的設(shè)計(jì),文章就建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)常遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析并提出了具體解決措施。
