多层框架房屋结构设计中的几点思考

来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文
发布时间：2012-12-28浏览：22次

　　摘要：相对于高层混凝土房屋的结构设计来说，多层框架房屋结构设计比较简单，这使得很多设计者从思想上不太重视多层框架房屋结构设计的问题，由于各种因素的影响，使得计算结果与实际情况相差很远，这种结果导致工程项目有安全隐患或者过多的浪费，本文将对多层框架房屋结构设计中的几个问题进行简要分析，以供参考。

　　关键词：多层框架,结构设计,设计软件,安全隐患

　　改革开放以来，随着我国经济的不断发展，高层建筑变得越来越普遍，其已经成为一个城市是否为大都市的一个标志，代表着一个城市的形象特征。相对于高层建筑来说，多层建筑在大城市中显得有点渺小，而相对与高层建筑结构设计来说，多层框架结构设计比较简单，而且技术也比较成熟，这使得很多设计者从思想上不太重视多层房屋结构设计的问题，在设计过程中，各类的设计参数没有和实际工程情况相一致，在运用软件进行设计的时候，没有经过人为的分析而是仅仅根据软件的计算结果进行施工图设计，这样的直接结果造成了设计出来的东西和实际情况相差甚远，一种情况是导致了工程项目存在安全隐患，另一种情况则是造成了很多不必要的浪费。根据作者多年的设计实践，本文将对多层框架房屋设计中经常遇到的问题进行简要分析，以供参阅。

　　一、独立基础设计荷载的取值问题

　　在多层框架房屋设计的时候，很多情况下钢筋混凝土多层框架是不用计算地基和基础的抗震承载力的，这在规范中有明确的规定，比如《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第4.2.1 条指出, 当地基主要受力层范围内不存在软弱黏性土层时, 不超过8层且高度在24m 以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房, 可不进行天然地基和基础的抗震承载力验算。但是在进行地基及基础的承载力验算的时候，风荷载的影响是必须被考虑的，尽管风荷载大多时候并不起控制作用。另外在进行独立基础设计的时候，不但要考虑弯矩、轴向力还应该考虑剪力的影响，若仅仅考虑柱底的轴力和弯矩，由于剪力到基础底面还有一定距离，这种情况下就忽略了由于剪力产生的弯矩的影响，造成了基础设计尺寸和配筋都偏小，严重影响了基础本身及上部结构的安全，仅仅考虑轴力的情况是更不可取的，此处不再阐述。其实结构设计是一个很复杂的过程，其参与的荷载组合情况很多，在设计的时候要找出最不利荷载是相当困难的事情，这只有靠平时多总结，也只有做到心里有数，才能去复核用软件设计出来的东西是不是合格，才能保证设计更能贴近实际情况。

　　二、框架计算简图问题

　　对于无地下室的钢筋混凝土多层框架结构房屋来说，一般独立基础的埋置深度比较深，如果在-0.05m的位置设置一圈基础拉梁，则从基础顶到基础拉梁顶-0.05m这一层按照第一层输入。以某一住宅楼为例，该楼房为地下一层，地上四层的钢筋混凝土框架结构，丙类建筑，建筑场地类别为Ⅱ类;层高3.5m，独立基础埋置深度为4.2m，经过初步计算基础高度采用1.0m，室内外高差0.3m。根据《建筑抗震设计规范》表6.1.2规定在8度地震区此工程框架结构的抗震等级为二级。对于这样的多层框架结构，有的设计者在设计的时候会将-0.05m平面作为整个框架的嵌固端，即首层层高按照3.55m，其余层高仍然按照3.5m，整个框架是按照四层来计算，而对于基础拉梁的截面和配筋按照构造确定，对于基础则采用轴心受力进行计算，这种计算模型显然是不对的，主要存在如下几个问题：第一，因为拉梁是一个整体的柔性构件，其的存在并不能抗衡上部传至拉梁顶的弯矩;第二，在《混凝土结构设计规范》中规定，框架结构底层柱的高度应该取基础顶面至首层楼盖顶面的高度，根据工程设计的经验，这样的框架结构可以按照五层进行整体结构的分析计算，即将基础拉梁层按照第一层输入，其上各层分别按照第二、第三、第四、第五层分别输入，如果拉梁上作用有荷载的时候，应将荷载一并输入。

　　三、基础拉梁的计算模型问题

　　由于大部分基础拉梁就是为了平衡混凝土柱底的弯矩，其上一般没有楼板，在利用PKPM进行计算的时候，楼板厚度取为零或者在整个楼面布置全房间洞口，并将梁和柱交接点布置铰性节点，用总刚分析方法进行分析计算。有的设计者，在进行设计的时候，尽管将楼板厚度取为了零或者在整个楼面布置了全房间洞口，也定义了铰性节点，但是却没有采用总刚分析法，在程序分析的时候其自动按照刚性楼面假定进行分析计算，这样的结果背离了实际的情况。

　　四、基础拉梁的设计问题

　　当多层框架房屋的独立基础埋置深度较深的时候，为了减少底层柱的计算长度和底层的层间位移，可以在±0.000以下适当的地方设置基础拉梁，这里的基础拉梁与一般的拉梁不一样，它不能按照构造要求进行截面选择及钢筋配置，因为它承担着平衡柱底弯矩的作用，其和普通的框架梁承担的荷载类似，故应该按照框架梁对其进行分析计算，并根据相应的规范设置箍筋加密区。

　　为了很好的抵抗地震荷载，在工程设计中宜采用短柱基础方案，因为在这个方案中，可以沿两个主轴方向分别设置构造基础拉梁。基础拉梁的高度可取两柱中心距的1/12～1/18，宽度可取两柱中心距的1/20～1/30，对于构造基础拉梁，在高度和宽度上可以取上述范围的下限，而对于构造基础拉梁的配筋计算可以采用所连接柱子的最大轴力设计值的10%作为拉力或者压力进行计算。当经过计算，仍可以采用构造配筋的时候，其上下纵向钢筋分别不得小于2φ14，箍筋不得小于φ8@200，双肢箍。有很多时候，特别是对工业建筑来说，拉梁上一般会作用有填充墙，这个时候拉梁的截面应适当加大，通过计算得出的配筋应与构造钢筋进行叠加。当基础拉梁的顶标高与基础顶标高或者短柱顶标高相同的时候，基础可以按照偏心受压进行设计，而当框架底层层高不大或者基础的埋置深度不大的时候，可以将基础拉梁截面设计的比较大，这样可以用拉梁来平衡柱底的弯矩，对于后面这个情况，拉梁的正弯矩钢筋应全跨度拉通，不得截断。当拉梁的上下截面的钢筋采取锚固在框架柱内，其锚固长度、箍筋加密等抗震构造要求均与框架梁完全相同的时候，应将基础拉梁设置在基础的顶面，而不应让拉梁与基础之间有一定距离，这个时候，基础可以按照轴心受力进行截面设计和配筋计算。

　　五、结构计算中几个比较重要的参数的选择

　　规范中规定所有的计算机计算结果, 应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计，而要使结构设计有一个合理有效的结果，相当关键的就是如何对结构计算中的参数进行选择，以下将简单介绍结构计算中几个比较重要的参数选择问题。

　　5.1、地震力的振型组合数

　　地震力的振型组合数，对于多层框架房屋结构来说，当不考虑扭转耦联的时候，应至少取3，当振型数多于3的时候，宜取为3的倍数，但是不应过于层数。另外当多层框架房屋的层数不超过2层的时候，其地震力的振型组合数可以取为层数。

　　5.2、结构周期折减系数

　　对于多层框架房屋结构，由于存在填充墙,结构实际刚度大于计算刚度, 计算周期大于实际周期, 这样的现象导致的结果是算出的地震剪力偏小, 用这样的结果设计出的框架房屋结构也是不安全的，故应对计算周期进行必要的折减, 根据设计经验及相关书籍的总结，对框架结构, 采用砌体填充墙时, 周期折减系数可取0.6～0.7;砌体填充墙较少或采用轻质砌块时, 可取0.7～0.8;完全采用轻质墙体板材时, 可取0.9，只有无墙的纯框架, 计算周期才可以不折减。

　　四、结束语

　　从以上内容可以看出，尽管多层框架房屋结构设计相对高层结构来说比较简单，但是其中也有很多技术问题需要我们去研究去探索。而作为房屋结构设计人员，必须要有探索的思想，要有深入研究的决心，只有这样才能吃透结构设计，才能设计出经济安全的房屋结构。

　　【参考文献】

　　[1]《住宅建筑结构设计》尚芸等，机械工业出版社

　　[2] 《混凝土房屋结构设计》刘林等，清华大学出版社

　　[3] 《房屋结构设计》黄双华等，重庆大学出版社

《多层框架房屋结构设计中的几点思考》

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文章名称：多层框架房屋结构设计中的几点思考

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