淺談多層混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

中圖分類號：[f287.8] 文獻標(biāo)識碼：a 文章編號：2095-2104（2012） 

摘要：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是由鋼筋和混凝土兩種性質(zhì)截然不同的材料組成的,因其具有諸多的優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于土木工程中。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是由樓板、梁、柱及基礎(chǔ)4種承重構(gòu)件組成的，由主梁、柱與基礎(chǔ)構(gòu)成平面框架，各平面框架再由連續(xù)梁連接起來而形成的空間結(jié)構(gòu)體系。在合理的高度和層數(shù)的情況下，框架結(jié)構(gòu)能夠提供較大的建筑空間，其平面布置靈活，可適合多種工藝與使用功能的要求。  關(guān)鍵詞：多層混凝土；框架結(jié)構(gòu)；設(shè)計  abstract: the reinforced concrete structure consists by steel and concrete, such two materials with totally different properties, which has been widely used in civil engineering for its numerous advantages. the reinforced concrete frame structure is composed of four kinds of bearing members: floor, beam, pillar and foundation, with girder, pillar and foundation forming plane frame, and each plane frame forming the spatial structure system connected by continuous beams. with reasonable height and floors, the frame structure can provide larger building space,which is applicable to multiple techniques and service functions for its flexible plane layout.  key words: multi-storey concrete; frame structure; design  一、結(jié)構(gòu)設(shè)計原則  1.1結(jié)構(gòu)的整體性原則  多層建筑結(jié)構(gòu)中，樓蓋對于結(jié)構(gòu)的整體性起到非常重要的作用，它不僅聚集和傳遞慣性力到各個豎向抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)，而且要使這些子結(jié)構(gòu)能協(xié)同承受地震作用，特別是當(dāng)豎向抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)布置不均勻或布置復(fù)雜或各抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)水平變形特征不同時，整個結(jié)構(gòu)就要依靠樓蓋使各抗側(cè)了子結(jié)構(gòu)能協(xié)同工作。樓蓋體系提供足夠的面內(nèi)剛度和抗力，并與豎向各子結(jié)構(gòu)有效連接，當(dāng)結(jié)構(gòu)空曠、平面狹長或平面凸凹不規(guī)則或樓蓋開大洞口時，更應(yīng)特別注意；多、高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的整體性以及基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的可靠連接是結(jié)構(gòu)整體性的重要保證。  1.2結(jié)構(gòu)簡單性原則  結(jié)構(gòu)簡單是指結(jié)構(gòu)具有直接和明確的傳力途徑，結(jié)構(gòu)的計算模型、內(nèi)力和位移分析以及限制薄弱部位出現(xiàn)都易于把握。在荷載作用下，結(jié)構(gòu)的傳力路線越短、越直接，結(jié)構(gòu)的工作效能越高，所耗費的建材也就越少。  1.3結(jié)構(gòu)的規(guī)則和均勻性原則。  沿建筑物豎向，建筑造型和結(jié)構(gòu)布置比較均勻，避免剛度。承載能力和傳力途徑的突變，以限制結(jié)構(gòu)在豎向某一樓層或極少數(shù)幾個樓層出現(xiàn)敏感的薄弱部位，這些部位將產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或過大的變形，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過早倒塌；建筑平面比較規(guī)則，平面內(nèi)結(jié)構(gòu)布置比較均勻，使建筑物分布質(zhì)量產(chǎn)生的地震慣性力能以比較短和直接的途徑傳遞，并使質(zhì)量分布與結(jié)構(gòu)剛度分布協(xié)調(diào)，限制質(zhì)量與剛度之間的偏心。  二、重要設(shè)計參數(shù)的選取  《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第3.6.4條指出，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計應(yīng)按照樓、屋蓋在平面內(nèi)變形情況確定為剛性、半剛性和柔性的橫隔極，再按抗側(cè)力系統(tǒng)的布置確定抗側(cè)力構(gòu)件間的共同工作并進行各構(gòu)件的地震內(nèi)力分折并經(jīng)判斷確認其合理、有效后方可用于工程設(shè)計。  為了分析判斷計算機計算結(jié)果是否合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計計算時，除了有合理的結(jié)構(gòu)方案、正確的結(jié)構(gòu)計算簡圖外，正確填寫抗震設(shè)防烈度和場地類別，合理選取電算程序總信息中的其他各項參數(shù)也是十分重要的。  2.1結(jié)構(gòu)的抗震等級的確定  在工程設(shè)計中，多數(shù)房屋建筑按其抗震設(shè)防分類屬于丙類建筑，如民用住宅、辦公樓及一般工業(yè)建筑等等，其抗震等級可根據(jù)烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋的高度按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》表6.1.2確定。而電訊、交通、能源、消防和醫(yī)療等類建筑以及大型體育場館、大型零售商場等公共建筑，首先，應(yīng)當(dāng)根據(jù)《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》(gb50223-95)確定其中哪些建筑屬于乙類建筑(可能還有甲類建筑，本文不涉及)。乙、丙類建筑，地震作用均按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度計算。對于乙類建筑，一般情況下，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6～8度時，抗震措施應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求。  2.2合理確定地震力的振型組合數(shù)  地震力的振型組合數(shù)，對多層建筑，當(dāng)不考扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算時，至少應(yīng)取3；當(dāng)振型數(shù)多于3時，宜取3的倍數(shù)，但不應(yīng)多于層數(shù)；當(dāng)房屋層數(shù)≤2時，振型數(shù)可取層數(shù)。對于不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，當(dāng)考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時，對多層建筑，振型數(shù)應(yīng)取≥9；結(jié)構(gòu)層數(shù)較多或結(jié)構(gòu)剛度突變較大，振型數(shù)應(yīng)多取，如結(jié)構(gòu)有轉(zhuǎn)換層、頂部有小塔樓、多塔結(jié)構(gòu)等，振型數(shù)應(yīng)取≥12或更多，但不能多于房屋層數(shù)的3倍；只有當(dāng)定義彈性樓板，且采用總剛分析，必要時，振型數(shù)才可以取的更多?！督ㄖ拐鹪O(shè)計規(guī)范》指出，合適的振型個數(shù)一般可以取振型參與質(zhì)量達到總質(zhì)量的90%所需的振型數(shù)。sat we等電算程序已有這種功能，可以很方便地輸出這種參與質(zhì)量的比值。有些設(shè)計人員不大重視電算程序使用手冊的應(yīng)用，選取振型數(shù)時比較隨意，這是需要應(yīng)當(dāng)改進的。此外，由耦聯(lián)計算的地震剪力通常小于非耦聯(lián)計算，僅當(dāng)結(jié)構(gòu)存在明顯扭轉(zhuǎn)時才采用耦聯(lián)計算，但非耦聯(lián)計算往往是不可缺少的。  2.3結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)的確定  框架結(jié)構(gòu)及框架-抗震墻等結(jié)構(gòu)，由于填充墻的存在，使結(jié)構(gòu)的實際剛度大于計算剛度，計算周期大于實際周期，因此，算出的地震剪力偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全，因而對結(jié)構(gòu)的計算周期進行折減是必要的，但對框架結(jié)構(gòu)的計算周期不折減或折減系數(shù)取得過大也是不妥當(dāng)?shù)摹蚣芙Y(jié)構(gòu)，采用砌體填充墻時，周期折減系數(shù)可取0.6～0.7；砌體填充墻較少或采用輕質(zhì)砌塊時，可取0.7～0.8；完全采用輕質(zhì)墻體板材時，可取0.9。只有無墻的純框架，計算周期才可以不折減。  2.4框架梁、柱箍筋間距的確定  《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第6.3.3條及6.3.8條對不同抗震等級的框架梁、柱箍筋加密區(qū)的最小箍筋直徑和最大箍筋間距做出了明確規(guī)定。根據(jù)這些規(guī)定，工程設(shè)計中習(xí)慣上常取梁、柱箍筋加密區(qū)最大間距為100mm，非加密區(qū)箍筋最大間距為200mm。電算程序總信息中通常也內(nèi)定梁、柱箍筋加密區(qū)間距為100mm，并以此為依據(jù)計算出加密區(qū)箍筋面積，由設(shè)計人員據(jù)規(guī)范確定箍筋直徑和肢數(shù)。  對于框架柱，當(dāng)框架內(nèi)定柱加密區(qū)箍筋間距為100mm時，在某些情況下，亦可能因非加密區(qū)箍筋間距采用200mm引起配箍不足。因此，我們也建議程序內(nèi)定柱的箍筋間距改為取柱的非加密區(qū)的箍筋間距200mm及某些特殊要求。  這里需要指出的是，梁、柱箍筋非加密區(qū)配箍驗算時可不考慮強剪弱彎的要求，即剪力設(shè)計值取加密區(qū)終點處外側(cè)的組合剪力設(shè)計值，并且不乘以剪力增大系數(shù)。當(dāng)然，如果電算程序能同時給出梁、柱箍筋加密區(qū)和非加密區(qū)的箍筋面積，則于設(shè)計者應(yīng)更加方便了。  2.5框架梁剛度的放大系數(shù)的取值應(yīng)合理  在用tat或satwe等電算程序進行框架整體計算時，框架梁剛度的放大系數(shù)應(yīng)根據(jù)樓面的結(jié)構(gòu)形式合理確定。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(jgj3-2002)第5.2.2條的規(guī)定，對于現(xiàn)澆樓面和裝配整體式樓面，框架梁(包括中梁及邊梁)可考慮翼緣的作用，剛度放大系數(shù)可取1.3～2.0，進行分析計算；而對于無現(xiàn)澆面層的裝配式結(jié)構(gòu)，可不考慮框架梁剛度的放大。在工程設(shè)計過程中，這一點很容易被有些設(shè)計人員忽視，要特別注意這一點。  2.6地下室層數(shù)的輸入處理  多層框架結(jié)構(gòu)房屋也有設(shè)置地下室的。由于隔墻少，常采用筏板式基礎(chǔ)。在電算時，應(yīng)將地下室層數(shù)和上部結(jié)構(gòu)一起輸入，并在總信息中按實際的地下室層數(shù)填寫。這樣，計算地基和基礎(chǔ)底板的豎向荷載可以一次形成，并且在抗震計算時，程序會自動對框架底層柱底截面的彎矩設(shè)計值乘以增大系數(shù)。同時通過對層側(cè)移剛度比的分析比較，還可以正確判斷和調(diào)整房屋的嵌固位置，并采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，保證樓板有必要的厚度和最小配筋率等等；當(dāng)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為豎向不規(guī)側(cè)時，不僅要驗算薄弱層，而且還要對薄弱層的地震剪力乘以1.15的增大系數(shù)。如果在結(jié)構(gòu)總體計算時，總信息中填寫的地下室層數(shù)少于實際輸入的層數(shù)，彎矩設(shè)計值增大系數(shù)將會乘錯位置，從而在發(fā)生地震時，會使極易發(fā)生震害的底層柱底部位因抗震能力降低而破壞。  三、結(jié)論  總而言之，在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不論工程簡單還是復(fù)雜，其實終究是由梁、柱、板形成的基本單元組合而成，因此我們在設(shè)計過程中對梁、柱、板以及結(jié)構(gòu)體系中的一些注意點應(yīng)該有清晰的認識，使設(shè)計的工程既經(jīng)濟又合理。  參考文獻:  [1] 楊海明，多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題分析[j]山西建筑，2008-29  [2] 楊永青，談鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題[j] 中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2008-7