多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

【關(guān)鍵詞】多層框架；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；常見(jiàn)問(wèn)題；處理措施

　　一、引言

　　在現(xiàn)階段的建筑行業(yè)，多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為了一種較為常用和行之有效的實(shí)際設(shè)計(jì)模式，并在各類(lèi)房屋建筑設(shè)計(jì)中被廣泛使用。但在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中各方面的常見(jiàn)問(wèn)題也隨之而來(lái)，這就需要一名合格的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者能夠遵循各種規(guī)范的前提下權(quán)衡利弊，依據(jù)實(shí)際情況解決多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題。

　　二、判定與處理多層框架結(jié)構(gòu)薄弱層

　　多層框架結(jié)構(gòu)的薄弱層是指在地震地強(qiáng)烈作用下，其構(gòu)架首先屈服作用力，并隨之產(chǎn)生較大彈性位移的結(jié)構(gòu)。所以，其結(jié)構(gòu)構(gòu)件所能承受的載力范圍必須要滿足在遇到地震作用時(shí)設(shè)計(jì)的抗震承載能力的要求，在地裂度≥7度的地區(qū)，應(yīng)更為重視。針對(duì)多層框架薄弱層的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中第5.5.4條所述，直接指定或規(guī)定薄弱層位置；在PKPM系列軟件的計(jì)算中，若框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度不規(guī)則，則可將其適當(dāng)調(diào)整為小于相鄰上一層的70%，或小于此層以上3層平均剛度的80%；而對(duì)于框架結(jié)構(gòu)豎向拉側(cè)力不連續(xù)的情況，應(yīng)使這一層與相鄰上層或上3層平均剛度的比值滿足相應(yīng)要求，同時(shí)，此層應(yīng)被確定為薄弱層。

　　薄弱層的存在嚴(yán)重威脅著建筑的抗震能力，理論上應(yīng)予以消除，而盡量避免出現(xiàn)薄弱層的基本措施就是加大該層結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度，也就是加大其柱截面或者梁截面的面積；同時(shí)，也可以通過(guò)改變框架結(jié)構(gòu)高度或降低基礎(chǔ)埋置深度。但徹底消除薄弱層是不可能的，所以在進(jìn)行多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，其相關(guān)計(jì)算參數(shù)和圖紙必須滿足設(shè)計(jì)規(guī)范并采取相應(yīng)應(yīng)急措施。例如可根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中的第3.4.4.2條、第5.5.2條至5.5.5條采取設(shè)計(jì)規(guī)范，除了放大1.15倍薄弱層的地震剪力外，還應(yīng)驗(yàn)算框架結(jié)構(gòu)的樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)，以滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在某些地區(qū)，地震烈度在7～9范圍內(nèi)，當(dāng)結(jié)構(gòu)的樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)≥0.5時(shí)，才不用繼續(xù)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性變形驗(yàn)算，反之則必須進(jìn)行計(jì)算。

　　三、正確選取結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

　　為了正確合理地對(duì)計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和判斷，在進(jìn)行多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，在保證提供合理的結(jié)構(gòu)方案和正確的計(jì)算簡(jiǎn)圖的前提下，如何正確地填寫(xiě)抗震等級(jí)、設(shè)定防震系數(shù)及如何合理地選取計(jì)算機(jī)運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)的各重要參數(shù)也是多層框架結(jié)構(gòu)投入實(shí)際運(yùn)營(yíng)實(shí)施的一大重要步驟。

　　（一）抗震等級(jí)的確定

　　在工程設(shè)計(jì)中，很多類(lèi)房屋建筑都屬于丙類(lèi)抗震設(shè)防，例如常見(jiàn)的辦公樓、民用住宅等基礎(chǔ)建筑等，它們的抗震等級(jí)可直接根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》來(lái)確定，具體則由地震裂度、房屋高度及結(jié)構(gòu)類(lèi)型決定；而對(duì)于乙類(lèi)某些大型公共建筑設(shè)施如交通、消防和醫(yī)療類(lèi)，或者大型百貨商場(chǎng)、體育場(chǎng)館等，則應(yīng)按照當(dāng)?shù)貐^(qū)抗震設(shè)防裂度加以適當(dāng)提高，大多為提高一度的要求。

　�。ǘ�）地震力振型組合數(shù)的選取

　　通常情況下，較高層建筑在不考慮轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)，振型組合數(shù)應(yīng)該大于3，但但組合數(shù)都以3的倍數(shù)為宜；如果房屋層數(shù)小于等于2，則組合數(shù)可以取1或2。而對(duì)于不規(guī)則的建筑考慮轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)，組合數(shù)應(yīng)大于等于9才能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范；當(dāng)框架結(jié)構(gòu)較多或者其剛度突變較大時(shí)，振型組合數(shù)應(yīng)取大值，例如房屋頂部有塔樓或框架結(jié)構(gòu)有轉(zhuǎn)換層時(shí)，其數(shù)值應(yīng)大于12以上才能滿足抗震需要，而同時(shí)還要注意必須小于建筑層數(shù)的3倍。

　�。ㄈ�）結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)的確定

　　由于填充墻的存在，多層框架結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度應(yīng)大于其設(shè)計(jì)計(jì)算剛度，實(shí)際周期則應(yīng)小于相應(yīng)計(jì)算周期。所以，如果計(jì)算得出的地震作用效應(yīng)不夠大，則會(huì)使得結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足安全系數(shù)，這嚴(yán)重影響了建筑的可靠性，因此合理地折減結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期是極為必要的。針對(duì)多層框架結(jié)構(gòu)而言，如果采用砌體填充墻，那么結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)就可以根據(jù)其材料和數(shù)量進(jìn)行選取，為0.6或0.7；而砌體填充墻數(shù)量較少或采用輕質(zhì)材料填充時(shí)，則可以選取0.9作為其折減系數(shù)；而對(duì)于無(wú)墻填充的框架結(jié)構(gòu)，則可以不折減其計(jì)算周期。

　�。ㄋ模┝簞偠确糯笙禂�(shù)的確定

　　在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)運(yùn)算中，梁輸入的模型大多都是矩形截面，這就使得在設(shè)計(jì)過(guò)程中忽略了由于樓板的存在而形成的T型截面，進(jìn)而使得剛度增大的結(jié)果，最終使得框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算剛度大于其實(shí)際剛度，進(jìn)而使得其地震剪力也隨之偏小，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)存在安全隱患。所以，在結(jié)構(gòu)計(jì)算中應(yīng)將梁剛度進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯�，一般梁適宜取2.0、邊梁取1.5作為其放大系數(shù)，以滿足安全指標(biāo)。

　　四、調(diào)整斜截面配筋及框架梁裂縫寬度

　　在滿足梁端配筋率和梁柱的截面尺寸的前提下，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程仍然需要進(jìn)行滿足梁端斜截面“強(qiáng)剪弱彎”條件下的面筋調(diào)整和梁的裂縫寬度進(jìn)行驗(yàn)算，以確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確和安全。

　　（一）梁端斜截面的配筋

　　在多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，框架梁的梁端斜截面應(yīng)在滿足地震作用下的地震承載力的規(guī)范要求，也就是“強(qiáng)剪弱彎”。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和梁斜截面配筋的具體操作中，應(yīng)合理運(yùn)用如下方法：（1）梁端箍筋的直徑可根據(jù)需要增加2mm；（2）在支座處不設(shè)置彎起鋼筋，應(yīng)該利于利用箍筋承受支座剪力；（3）在不放大梁端負(fù)彎矩鋼筋面時(shí)，應(yīng)放大1.1～1.3倍梁的跨中受力鋼筋。

　　（二）影響框架梁裂縫寬度的因素及處理措施

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員經(jīng)常將框架梁的裂縫寬度的驗(yàn)算予以忽視，這應(yīng)該引起我們的重視。框架梁裂縫寬度的影響因素主要有兩個(gè)方面：一是鋼筋的直徑及其級(jí)別，而是構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)。而這兩者之間又有一種相互依賴(lài)相互制約的微妙關(guān)系，所以對(duì)于一般的混凝土構(gòu)件，其等級(jí)對(duì)于框架梁裂縫寬度大小影響不大，所以通常情況下都是采用增大梁的截面尺寸或加大梁的配筋百分率來(lái)降低框架梁的裂縫寬度。同時(shí)，我們還應(yīng)注意的是，在運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)運(yùn)算時(shí)，要將恒、活載數(shù)值分開(kāi)輸入，以正確計(jì)算其內(nèi)力組合、荷載輸入和裂縫寬度。