多層鋼筋混凝土框架建筑結構的優化設計研究

高艷梅+馬倩

【摘要】目前，在國內外很多建筑物中廣泛采用多層鋼筋混凝土框架結構，該結構主要有兩種性質不同的材料鋼筋和混凝土所組成。多層鋼筋混凝土框架結構具有諸多優點，但在設計和施工過程中也存在很多問題需要注意和解決，為此展開一些基礎性的討論和研究。

【關鍵詞】多層鋼筋混凝土框架；結構設計；抗震性能

【Abstract】At present， the multi-story reinforced concrete frame structure is widely used in many buildings both at home and abroad. The structure mainly consists of two kinds of material reinforced concrete and concrete with different properties. Multi-story reinforced concrete frame structure has many advantages， but there are many problems in the design and construction process need to pay attention to and solve， for which to start some basic discussion and research.

【Key words】Multi - story reinforced concrete frame structure design seismic behavior

隨著建筑造型和建筑功能日趨多樣化和我國的鋼材量需求也在大幅提升，導致多層鋼筋混凝土框架結構在建筑行業廣泛使用，無論是在工業建筑或是民用建筑中，多層鋼筋混凝土框架結構都是非常好的建筑設計結構。多層鋼筋混凝土框架結構具有比較強的抗震性，因此，在房屋選擇抗震結構設計，也多采用多層鋼筋混凝土框架結構。

1. 多層鋼筋混凝土框架結構設計要點

1.1結構設計的前提。

多層鋼筋混凝土框架結構是由梁柱構件組成的空間結構，既承受豎向荷載，又承受風荷載和地震作用，因此，必須設計成雙向剛架的抗水平風荷載和水平地震作用的結構體系，并且應具有足夠的側向剛度，以滿足規范，規程所規定的樓層層間最大位移與層高之比。

1.2框架結構設計達到延性要求的措施。

為保證結構具有足夠的延性，結構設計時需要采用一系列的構造措施實現，比如在《建筑抗震設計規范》中所規定的梁和柱的剪壓比，柱的軸壓比，梁端截面受壓區高度限值，梁和柱端箍筋加密區及最大最小配筋率等等。一般為了滿足梁和柱的剪壓比，柱的軸壓比的要求，可以增加梁柱的截面面積及混凝土的強度等級，當滿足了這些規定之后，便可以提高框架結構設計的延性。

1.3結構基礎選用。

多層鋼筋混凝土框架結構的基礎形式一般包括鋼筋混凝土獨立柱基礎，柱下條形基礎及筏板基礎。當地基承載力較高時，可選用鋼筋混凝土獨立柱基礎或選用柱下條形基礎。鋼筋混凝土獨立柱基礎施工較為方便，基礎開挖時可以每個柱子的基礎單獨開挖，可以節省大量的工程量，施工周期較短，經濟性比較好。柱下條形基礎具有較好的空間剛度，即可將柱的荷載分不到縱橫兩個方向，又能調整基礎的不均勻沉降。筏板基礎具有整體剛度大，能有效的調整基底反力和不均勻沉降。筏板基礎又分為平板式和梁板式兩種類型，當上部結構形式為框架結構時，我們在選擇筏板基礎形式時應該盡可能的選用梁板式，因為上部框架柱傳遞給基礎的是集中力，而基礎梁的抗剪性能較好，所以選擇梁板式筏板。以上均為每個基礎形式的特點，在做設計時可以根據不同的地基情況選擇最經濟合理的一種基礎形式。

1.4結構的構造。

（1）首先，在設計框架柱，框架梁及樓板之前，除了要滿足承載力及抗震要求外，還應滿足最小截面的要求，比如柱截面四級不超過2層是不宜小于300mm，一，二，三級且超過2層時不宜小于400mm；圓柱的直徑，四級或不超過2層時不宜小于350mm，一，二，三級且超過2層時不宜小于450mm。梁的截面寬度不宜小于200mm，截面高寬比不宜大于4，凈跨與截面高度之比不宜小于4等等。

（2）其次，框架結構的長度如果超過了規范的限制，而建筑設計時不方便留縫，因此為了降低有害裂縫的出現，應該在混凝土中添加外加劑進行補償澆筑。同時，在屋面增加保溫的厚度，樓板配成雙層雙向的鋼筋，每層都要設置鋼筋混凝土后澆帶，并加強構造措施。

（3）再次，在跨度比較大的柱網框架結構中，為了防止樓梯間處的柱變成短柱，樓梯間處的框架柱就要對柱箍筋全長加密。而這一點在設計中往往容易被忽略，應該加強注意。

2. 多層鋼筋混凝土框架結構的抗震設計

據國內外在歷次的地震震害情況可知，多層鋼筋混凝土框架結構在抗震設計中使用情況是最好的，在地震中這類結構遭受到的破壞也是最輕的。這是因為多層鋼筋混凝土框架結構具有非常好的延伸性和整體性。比如在2008年5月12日發生在四川汶川、北川8.0級地震中，當結構形式為多層鋼筋混凝土框架結構時，房屋所遭受的破壞都比較輕，而且主體結構也基本完好。只有當房屋的結構形式為磚混或是內框架混合結構形式時破壞較為嚴重，造成倒塌 。在日本、美國、委內瑞拉等國在多次大地震中，也都證明了因多層鋼筋混凝土框架結構設計的房屋損壞率都比較小。該結構在考慮到抗震性能設計中主要有以下幾點：

（1）目前在多層鋼筋混凝土框架結構中，常采用兩種結構，即純框架結構和有少量抗震墻的框架結構。在抗震方案的結構選擇之前，要充分考慮到技術和經濟的合理性，從而優先采用少量抗震墻的框架結構。而純框架結構主要使用在那些層數比較低、剛度均勻和體型比較簡單的房屋施工方案中。

（2）純框架的設計甲類建筑的房屋不應采用單跨框架，丙類建筑不宜采用單跨框架，一般情況下框架梁及柱均應雙向設置，而在設計少量抗震墻的框架結構時要注意框架部分和剪力墻部分均要雙向設置，在布置剪力墻時應盡量布置在建筑物的平面中心位置，防止剛度不均勻，這種結構形式不但提高了房屋的抗震性能，從而也實現了在抗震設計時要多道防線的概念。

（3）從抗震設計的概念上來講，地震力的大小是和建筑物的重量大小有很大關系的，為了減小地震力的作用，在框架設計中建筑物的房間隔墻應該采用比較輕的陶粒混凝土砌塊或者是加氣混凝土砌塊等材料。

（4）房屋的設計應在立體和平面上盡量簡單，避免大懸挑和平面凹凸出現，平面宜均勻對稱。如果房屋的立面和平面形狀過于復雜或者結構的剛度在平面中不均勻，可以用設置防震縫的方法將其分開。

（5）在相同結構的單元內，每層的框架梁就應該做在相同點標高上，避免錯層、夾層等情況的出現。如果這種情況無法避免，就要對框架柱和梁構造上加強。

（6）在做抗震墻和框架柱的抗震設計時，應保證滿足承載力要求的情況下，盡量使下部截面大，上部截面小，逐層遞減，每層截面尺寸減小的范圍應在50mm～100mm之間，避免剛度突變。

3. 結束語

隨著社會經濟和科學技術的不斷發展，我國的多層鋼筋混凝土框架結構也在不斷改進和完善，運用于更多的建筑工程中。但該結構還存在很多問題和不足，需要對結構體系進行大量的研究和改造，這就要求廣大的建筑工作者要在具體工程實踐過程中，不斷的總結和改進。

參考文獻

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