浅析多层框架结构设计

　　摘要:近年，随着国民经济的高速增长，带动了建筑业的快速、持续的发展。房屋建筑逐渐由单层、多层向高层发展，房屋结构形式也由简单的砖混结构变得日趋复杂和多样。本文在多层框架结构设计过程中就抗震设计方面,阐述了需要控制的几个问题并提出了相应解决措施。
　　关键词:多层;框架;结构设计
　　前言
　　在建筑设计行业中，框架结构设计作为现行比较常用的实际模式，已经广泛应用在各类建筑中，在结构设计中遇到的各种难题也日益增多，因而，作为一个结构设计者，需要在遵循各种规范下，大胆灵活的解决一些结构方案上的重点、难点。本文在多层框架结构设计过程中就抗震设计方面,阐述了需要控制的几个问题并提出了相应解决措施。
　　1建筑设计和建筑结构的规则性
　　由于房屋设计空间的布置需要灵活,施工工艺简单,多层框架结构在建筑领域被广泛采用。然而由于实际使用功能的需要及建筑立面的要求,经常出现不规则的建筑方案,甚至会出现严重不规则的建筑方案。因此在方案设计阶段,设计者应进行建筑方案的抗震概念设计,对不规则的建筑方案,按规定采取加强措施;对特别不规则的建筑方案应经研究和专门论证后,采取特别的加强措施;尽量避免采用严重不规则的建筑方案。
　　《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(以下简称《抗规》)对建筑结构的规则性有明确的强制性条文规定。《抗规》第3.4.2和3.4.3条,对平面不规则及竖向不规则的类型均做了明确定义。同时规范给出了对不规则建筑结构的控制要求。规范规定,对于平面或竖向不规则的建筑结构,均应采用空间结构计算模型进行计算分析。
　　当建筑结构扭转不规则时,应计入扭转影响,且控制楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的1.5倍;当建筑结构凹凸不规则或楼板不连续,应采用符合楼板平面内实际刚度变化的模型进行分析,若平面不对称,尚应计入扭转影响;当建筑结构竖向不规则时,应对其薄弱层的地震剪力乘以1.15倍的增大系数,同时应按《抗规》要求调整水平转换构件的地震内力,控制薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%。
　　2结构薄弱层的调整
　　在强烈地震作用下,薄弱层结构构件首先屈服并产生较大的弹塑性位移。因此,在设计过程中,应予以特别重视,对其采取加强措施。以PKPM系列的SATWE软件为例,结构人员在设计过程中,可通过以下方式对结构层进行判定处理:①根据《抗规》第5.5.4条规定由设计人直接指定薄弱层号。②当结构竖向抗侧力构件不连续,存在转换层时,即使该层与上层或上三层刚度比平均值的比值满足规范要求,该转换层必须强制指定为薄弱层。③SATWE软件在计算时,如果某一层的抗侧移刚度小于相邻上一层的70%,或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%,或楼层承载力突变,满足《抗规》第3.4.3条竖向不规则的规定,软件自动将该层指定为薄弱层。
　　薄弱层对抗震非常不利,可通过加大该层的抗侧移刚度,即加大该层的柱或梁截面的措施使其避免出现;如果条件允许,也可以通过改变结构层高来处理。若无法避免出现薄弱层,在结构计算时必须按照规范规定采取相应的措施。根据《抗规》第3.4.4.2条及第5.5.2条至第5.5.5条的规定,除对薄弱层的地震剪力放大外,还应对结构的楼层屈服强度系数进行验算。如果结构楼层屈服强度系数小于0.5,还应对结构进行弹塑性变形验算,验算结果应符合表5.5.5的规定。如果弹塑性变形验算不能满足规范要求,必须调整结构方案。
　　3常见处理措施
　　3.1短柱
　　当柱净高与柱截面高度之比不大于4或柱剪跨比不大于2时,定义该柱为短柱。短柱的受剪承载力及变形能力不足,在地震作用下容易发生脆性破坏。可能会导致建筑物的局部倒塌,设计上应尽可能避免。对于框架结构,以下几种原因可以形成短柱:①由于楼梯间半休息平台或结构局部错层造成上下框架梁之间的框架柱净高较小,形成短柱;②填充墙设置不当,造成框架柱净高与柱截面之比不大于4,形成短柱;③某些特定条件下柱截面较大,同时建筑层高较低,形成短柱。
　　短柱处理的目的,是改善柱的抗剪承载力和变形能力。一般采用复合箍筋沿柱全高加密的方式处理,同时保证短柱的纵向钢筋对称布置,且每侧的纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%,也可以采用柱内设置。
　　3.2框架梁、柱
　　由于建筑功能的需要,经常有外墙外边与柱边平齐。因此框架梁或是设挑耳,或是梁与柱偏心。框架梁边设挑耳,虽可以保证框架梁与框架柱中心对齐,对梁、柱受力均有利,但施工起来会比较麻烦,对砌筑的要求也比较高。所以很多设计人员往往会选择梁与柱偏心对齐。当框架梁与框架柱偏心时,在地震作用下,往往会导致梁柱节点核芯区受剪面积不足,并对柱带来扭转效应,并且《抗规》第6.1.5条对梁的偏心距做了专门规定。所以此时必须通过梁水平加腋的方式,来改善梁柱节点的受力特性。
　　3.3基础系梁
　　根据《抗规》第6.1.11条规定,当工程符合规定条件时,宜沿两个主轴方向设置构造基础系梁。基础此时基础系梁截面高度可取柱中心距的1/12～1/15,基础系梁纵向受力钢筋可按两端框架柱的最大轴力设计值的十分之一作为拉力来计算同时应满足最小配筋率要求。系梁按偏心受拉构件设计,其顶面和底面通长钢筋均不应少于4根。当基础系梁同时承担填充墙或楼梯柱等的荷载时,应与梁水平拉力叠加计算,同时基础系梁截面也应适当增加。
　　当基础埋置较深时,可以通过设置基础系梁的方式来减少底层柱的计算高度,在±0.000以下设置系梁,此时系梁宜按一层框架梁进行设计。当设置基础系梁时,系梁以下的柱应按短柱处理,短柱的箍筋沿全高通长加密。
　　多层框架结构看似简单,在设计过程中,仍有很多细节值得设计者分析和探讨。只有在设计前期确定合适的结构方案,设计过程中按规范选择正确的计算参数,做好关键部位的构造处理,才能做出一个合格的设计。
　　4结束语
　　总之，建筑结构设计是个系统的、全面的工作。作为结构设计人员，需要扎实的理论知识功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。加深对当前房屋建筑结构设计中常见问题的认识与研究，以不断提高自身的结构设计水平，使设计的作品比现阶段的其它建筑具有更高的水准、更合理和更经济的结构形式。

《浅析多层框架结构设计》

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