建筑設(shè)計(jì)中多層框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李平

摘要：現(xiàn)代建筑對造型和功能有了更高的要求，這也使現(xiàn)代建筑形式更加復(fù)雜及多樣化，在當(dāng)前民用建筑中，多采用框架結(jié)構(gòu)，但在多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，由于受到的影響因素較多，因此民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還存在許多問題，對民用建筑的穩(wěn)定性和實(shí)用性帶來了較大的影響，因此需要采取有效的措施加以解決，確保民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì)；多層框架；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引言

多層框架的主體結(jié)構(gòu)形式受力明確，墻體布置靈活多變，使得這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為了較為常用的設(shè)計(jì)模式，由此引起了設(shè)計(jì)人員的高度關(guān)注和重視。

一、多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

1.1框架結(jié)構(gòu)類型須一致

確保框架結(jié)構(gòu)類型的一致性是構(gòu)建合理的民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵所在。具體而言，在民用建筑中，進(jìn)行多層框架結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)時(shí)，務(wù)必要把握好相關(guān)的原則，保證框架結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)類型的一致性，避免出現(xiàn)兩種不同的結(jié)構(gòu)，尤其是在樓梯跟電梯間，或者類似此類結(jié)構(gòu)中局部有突出屋頂?shù)奶厥夥拷ǎ屑墒褂么u墻。究其原因主要在于框架結(jié)構(gòu)屬于比較柔性的結(jié)構(gòu)，但磚混結(jié)構(gòu)則比較的剛性，兩種在地震時(shí)構(gòu)件的變形會不協(xié)調(diào)一致，導(dǎo)致構(gòu)件破壞嚴(yán)重。所以，在保證了民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)形狀的情況下，務(wù)必確保結(jié)構(gòu)的變形能夠達(dá)到相互協(xié)調(diào)的狀態(tài)。汶川地震中很多早期設(shè)計(jì)的磚混底框結(jié)構(gòu)，在地震發(fā)生時(shí)整個(gè)首層框架結(jié)構(gòu)被壓塌，或者上部磚混結(jié)構(gòu)整體被甩出，造成了很大經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡。根據(jù)抗震規(guī)范的要求不應(yīng)采用混合結(jié)構(gòu)，這種質(zhì)量和剛度明顯不均勻的結(jié)構(gòu)，在地震作用效應(yīng)下產(chǎn)生的偏心、扭轉(zhuǎn)以及剛度比控制不好等問題，會導(dǎo)致建筑存在大量的安全隱患，因而，務(wù)必要確保結(jié)構(gòu)類型的一致性。

1.2加強(qiáng)短柱的構(gòu)造

加強(qiáng)短柱的構(gòu)造能夠?yàn)楹侠順?gòu)建民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)提供一定的幫助，具體而言就是，通常情況下，在民用建筑設(shè)計(jì)中的樓梯間、基礎(chǔ)與地梁之間和錯(cuò)層樓板處經(jīng)常會出現(xiàn)這種短柱，因短柱的剛度十分的強(qiáng)大，在地震作用下會吸收更多的地震力，很容易產(chǎn)生交叉裂縫，或者引發(fā)脆性錯(cuò)斷的問題，導(dǎo)致建筑物或者構(gòu)筑物被破壞，嚴(yán)重時(shí)會倒塌，所以，加強(qiáng)短柱的抗震構(gòu)造措施有著十分重要的意義。

1.3合理安排框架梁設(shè)計(jì)

民用建筑中，為了建筑的美觀及使用的方便，框架梁的布置往往無法與框架柱形心對齊，因此柱為偏心受力構(gòu)件。根據(jù)高規(guī)的要求梁柱形心發(fā)生偏移時(shí)不應(yīng)超過柱高的1/4，否則進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算并進(jìn)行加腋等方法進(jìn)行處理。個(gè)人認(rèn)為多層框架結(jié)構(gòu)布置梁柱偏心時(shí)也應(yīng)參考此條。工業(yè)建筑中，因?qū)痈咭话爿^高，存在設(shè)備平臺，且設(shè)備的布置不均勻等現(xiàn)象常常會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布不均勻，因此框架梁應(yīng)盡量居中布置，調(diào)整梁截面使結(jié)構(gòu)形心和剛心盡量一致。且工業(yè)建筑的廠房一般為甲乙類的較多，設(shè)備的埋件和管道等條件往往在設(shè)計(jì)初期無法提供，后期因工藝流程的修改也會隨時(shí)在梁板等位置增加較重的設(shè)備，因此工業(yè)建筑的梁布置和截面不應(yīng)和民用建筑一樣。工業(yè)建筑的梁間距盡量2.1～3.0m，梁寬不宜小于300mm，梁高跨比取1/10為宜。

二、多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的存在問題

2.1忽視了框架梁的裂縫寬度

設(shè)計(jì)多層框架民用建筑的結(jié)構(gòu)時(shí)，鋼筋的類型、直徑以及混凝土的等級會對框架梁裂縫的寬度產(chǎn)生重要的影響，然而在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中通常會將此類問題所忽視，未將框架梁的裂縫寬度充分考慮在內(nèi)。這樣一來，不但對對整個(gè)民用建筑的建筑安全性能產(chǎn)生影響，還會對降低結(jié)構(gòu)抵抗自然災(zāi)害的能力，從而對整個(gè)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量產(chǎn)生影響。例如地梁部分的設(shè)計(jì)，裂縫寬度按照0.2和0.3分別計(jì)算時(shí)會發(fā)現(xiàn)，按照0.2考慮時(shí)梁的配筋會比按0.3考慮時(shí)大很多。工業(yè)建筑更是如此，因工業(yè)建筑的很多結(jié)構(gòu)存在可腐蝕性，更有很多結(jié)構(gòu)存在氣體腐蝕，即使根據(jù)防腐規(guī)范做了防腐處理，也可從規(guī)范中發(fā)現(xiàn)，最長久最復(fù)雜的防腐處理也頂多能在正常維護(hù)下保證15年。后期還是需要重新進(jìn)行防腐處理的。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為嚴(yán)重的一個(gè)問題就是忽視框架梁的裂縫寬度。

2.2沒有合理調(diào)整多層框架的柱配筋

由于多層民用框架結(jié)構(gòu)中框架的配筋率較低，并且在實(shí)際建設(shè)過程中未根據(jù)之前電算的結(jié)果，進(jìn)行整個(gè)結(jié)構(gòu)的配筋，這樣一來，一旦有地震等自然災(zāi)害發(fā)生，框架柱會受到較大的影響，發(fā)生的扭轉(zhuǎn)剪力較大，同時(shí)還會產(chǎn)生雙向彎矩的作用，嚴(yán)重危害框架梁的內(nèi)柱以及橫梁，特別是當(dāng)框架的質(zhì)量不夠均勻時(shí)，產(chǎn)生的危害程度更深。除此之外，由于在對民用多層框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行配筋調(diào)配時(shí)不夠合理，所以在電算民用多層框架結(jié)構(gòu)時(shí)，經(jīng)常會導(dǎo)致建筑的基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻的沉降問題，或者忽視溫度問題。因此，如果未對多層框架的柱配筋進(jìn)行合理調(diào)配，則會影響整體的框架結(jié)構(gòu)建筑的質(zhì)量。

2.3沒有給多層框架設(shè)計(jì)一個(gè)合理的計(jì)算簡圖

現(xiàn)階段，在設(shè)計(jì)多層框架結(jié)構(gòu)中未合理的設(shè)計(jì)計(jì)算簡圖是比較常見的一個(gè)問題，按照我國法律所規(guī)定的內(nèi)容，框架結(jié)構(gòu)的底柱高度應(yīng)該跟基礎(chǔ)頂面到首層蓋樓的頂面的高度相同，進(jìn)而在計(jì)算多層框架結(jié)構(gòu)時(shí)，要根據(jù)整體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算里面加入基礎(chǔ)層面，并且將負(fù)荷載重包含其中。如果將底層框架柱的計(jì)算高度確定在地面附近時(shí)，應(yīng)保證地面附近的地梁和基礎(chǔ)之間短柱剛度與底層柱的剛度比要求，或者采用剛性地面。設(shè)計(jì)拉梁層時(shí)，要利用對比的形式得出底層配筋柱的包絡(luò)結(jié)果。因而，如果設(shè)計(jì)多層框架結(jié)構(gòu)時(shí)，缺乏相應(yīng)合理的計(jì)算簡圖時(shí)，會影響多層框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及安全性。

三、針對出現(xiàn)的問題提出的相應(yīng)解決措施

3.1選擇合適的梁、柱截面尺寸

設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)的前提在于能夠選擇好合適的梁、柱的截面尺寸，做到強(qiáng)柱弱梁，確保其取值能夠跟相關(guān)的規(guī)范要求相符，并且為了在在罕遇地震作用后，梁端會形成塑性鉸，柱端處于非彈性的工作狀態(tài)且不會屈服，務(wù)必要確保柱的線剛度以及梁的線剛度之間的比值要大于1，并且此時(shí)節(jié)點(diǎn)依舊處于彈性工作狀態(tài)。

3.2調(diào)整框架柱配筋

通常框架柱的配筋率都比較低，盡管有時(shí)電算得出的構(gòu)造配筋結(jié)構(gòu)，在實(shí)際施工過程中卻不會按照此配筋進(jìn)行施工，所以在受到地震作用后，框架柱，特別是角柱會受到較大的扭轉(zhuǎn)剪力，并且受到雙向的彎矩作用，并且橫梁受到的約束力也較小，在實(shí)際工程中還經(jīng)常處于雙向偏心受壓狀態(tài)，因此其震害會重于內(nèi)柱，對于質(zhì)量分布不均的框架特別明顯，所以，計(jì)算框架時(shí)，要選擇最不利的方向進(jìn)行計(jì)算。

3.3調(diào)整框架梁裂縫寬度、斜截面配筋

在對框架梁的裂縫寬度進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，對于裂縫寬度所受的影響的因素以及調(diào)整的方式常被工程設(shè)計(jì)人員所忽視，因此，給予這方面足夠的重視。通常，對裂縫的寬度產(chǎn)生影響的因素主要有兩方面：①構(gòu)件的混凝土的強(qiáng)度的等級；②鋼筋的級別以及直徑。由于混凝土等級跟鋼筋的級別之間存在著一定的“依賴關(guān)系”，所以，對于普通的混凝土構(gòu)件而言，高等級的混凝土對于減小梁的裂縫寬度并不會產(chǎn)生較大的影響。通常情況下，為了有效減小梁的裂縫寬度，可以適當(dāng)?shù)脑黾恿旱呐浣盥驶蛘咴龃罅旱慕孛娉叽纭４送猓档米⒁獾氖牵诶糜?jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模中的荷載輸入時(shí)，一定要將恒、活載數(shù)值分開輸入，以便進(jìn)行內(nèi)力組合和裂縫寬度的計(jì)算，不要貪圖省事而將恒、活載合并輸入，以防止梁、柱內(nèi)力計(jì)算錯(cuò)誤，致使所繪制的施工圖不能使用。

四、結(jié)束語

總而言之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)、全面的工作，需要扎實(shí)的理論知識功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)員，在進(jìn)行多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要求設(shè)計(jì)人員掌握設(shè)計(jì)規(guī)范。

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