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鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題
1、獨立基礎(chǔ)設(shè)計荷載取值不當(dāng)
鋼筋混凝土多層框架房屋多采用柱下獨立基礎(chǔ),《抗震規(guī)范》(GB50011-2001)第4.2.1條指出,當(dāng)?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)不存在軟弱粘性土層時,不超過8層且高度在25m以下的一般民用框架房屋或荷載相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房,可不必進(jìn)行地基和基礎(chǔ)的抗震承載力驗算。這就是說,在8度地震區(qū),大多數(shù)鋼筋混凝土多層框架房屋可不必進(jìn)行地基和基礎(chǔ)的抗震承載力驗算。但這些房屋在基礎(chǔ)設(shè)計時應(yīng)考慮風(fēng)荷載的影響。因此,在鋼筋混凝土多層框架房屋的整體計算分析中,必須輸入風(fēng)荷載,不能因為在地震區(qū)高層建筑以外的一般建筑風(fēng)荷載不起控制作用就不輸入。
另一種情況是,在設(shè)計獨立基礎(chǔ)時,作用在基礎(chǔ)頂面上的外荷載(柱腳內(nèi)力設(shè)計值)只取軸力設(shè)計值和彎矩設(shè)計值,無剪力設(shè)計值,或者甚至只取軸力設(shè)計值。以上兩種情況都會導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)計尺寸偏小,配筋偏少,影響基礎(chǔ)本向和上部結(jié)構(gòu)的安全。
2、框架計算簡圖不合理
無地下室的鋼筋混凝土多層框架房屋,獨立基礎(chǔ)埋置較深,在-0.05m左右設(shè)有基礎(chǔ)拉梁時,應(yīng)將基礎(chǔ)拉梁按層1輸入。以某學(xué)生宿舍樓為例,該項目為3層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),丙類建筑,建筑場地為Ⅱ類;層高3.3m,基礎(chǔ)埋深4.0m基礎(chǔ)高度0.8m,室內(nèi)外高差0.45m。根據(jù)《抗震規(guī)范》第6.1.2條,在8度地震區(qū)該工程框架結(jié)構(gòu)的抗震等級為二級。設(shè)計者按3層框架房屋計算,首層層高取3.35m,即假定框架房屋嵌固在-0.05m處的基礎(chǔ)拉梁頂面;基礎(chǔ)拉梁的斷面和配筋按構(gòu)造設(shè)計;基礎(chǔ)按中心受壓計算。顯然,選取這樣的計算簡圖是不妥當(dāng)?shù)?。因為,第一,按?gòu)造設(shè)計的拉梁無法平衡柱腳彎矩;第二,《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2002)第7.3.11條規(guī)定,框架結(jié)構(gòu)底柱的高度應(yīng)取基礎(chǔ)頂面至首層樓蓋頂面的高度。工程設(shè)計經(jīng)驗表明,這樣的框架結(jié)構(gòu)宜按4層進(jìn)行整體分析計算,即將基礎(chǔ)拉梁層按層1輸入,拉梁上如作用有荷載,應(yīng)將荷載一并輸入。
這樣,計算剪力的首層層高為H1=4-0.8-0.05=3.15m,層2層高為3.35m,層3、4層高為3.3m。根據(jù)《抗震規(guī)范》第6.2.3條,框架柱底層柱腳彎矩設(shè)計值應(yīng)乘以增大系數(shù)1.25。當(dāng)設(shè)拉梁層時,一般情況下,要比較底層柱的配筋是由基礎(chǔ)頂面處的截面控制還是由基礎(chǔ)拉梁頂面處的截面控制??紤]到地基土的約束作用,對這樣的計算簡圖,在電算程序總信息輸入中,可填寫地下室層數(shù)為1,并復(fù)算一次,按兩計算結(jié)果的包絡(luò)圖進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)底層柱的配筋。
3、基礎(chǔ)拉梁層的計算模型不符合實際情況
基礎(chǔ)拉梁層無樓板,用TAT或SATWE等電算程序進(jìn)行框架整體計算時,樓板厚度應(yīng)取零,并定義彈性節(jié)點,用總剛分析方法進(jìn)行分析計算。有時雖然樓板厚度取零,也定義彈性節(jié)點,但未采用總剛分析,程序分析時自動按剛性樓面假定進(jìn)行計算,與實際情況不符。房屋平面不規(guī)則,要特別注意這一點。
4、基礎(chǔ)拉梁設(shè)計不當(dāng)
多層框架房屋基礎(chǔ)埋深值大時,為了減速小底層柱的計算長度和底層的位移,可在±0.000以下適當(dāng)位置設(shè)置基礎(chǔ)拉梁,但不宜按構(gòu)造要求設(shè)置,宜按框架梁進(jìn)行設(shè)計,并按規(guī)范規(guī)定設(shè)置箍筋加密區(qū)。但就抗震而言,應(yīng)采用短柱基礎(chǔ)方案。
一般說來,當(dāng)獨立基礎(chǔ)埋置不深,或者過去時置雖深但采用了短柱基礎(chǔ)時,由于地基不良或柱子荷載差別較大,或根據(jù)抗震要求,可沿兩個主軸方向設(shè)置構(gòu)造基礎(chǔ)拉梁。基礎(chǔ)拉梁截面寬度可取柱中心距的1/20~1/30,高度可取柱中心距的1/12~1/18。構(gòu)造基礎(chǔ)拉梁的截面可取上述限值范圍的下限,縱向受力鋼筋可取所連接柱子的最大軸力設(shè)計值的10%作為拉力或壓力來計算,當(dāng)為構(gòu)造配筋,除滿足最小配筋率外,也不得小于上下各2Ⅱ14,配筋不得小于Ⅰ8-200。當(dāng)拉梁上作用有填充墻或樓梯柱等傳來的荷載時,拉梁截面應(yīng)適當(dāng)加大,算出的配筋應(yīng)和上述構(gòu)造配筋疊加。構(gòu)造基礎(chǔ)拉梁頂標(biāo)高通常與基礎(chǔ)高或短柱頂標(biāo)高相同。在這種情況下,基礎(chǔ)可按偏心有受壓基礎(chǔ)設(shè)計。
當(dāng)框架底層層高不大或者基礎(chǔ)過去埋置不深時,有時要把基礎(chǔ)拉梁設(shè)計得比較強(qiáng)大,以便用拉梁來平衡柱底彎矩。這時,拉梁正彎矩鋼筋應(yīng)全跨拉通,負(fù)彎矩鋼筋至少應(yīng)在1/2跨拉通。拉梁正負(fù)彎矩鋼筋在框架柱內(nèi)的錨固、拉梁箍筋的加密及有關(guān)抗震構(gòu)造要求與上部框架梁完全相同。
此時拉梁宜設(shè)置在基礎(chǔ)頂部,不宜設(shè)置在基礎(chǔ)頂面之上,基礎(chǔ)則可按中心受壓設(shè)計。
5、框架結(jié)構(gòu)帶樓電梯小井筒
框架結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量避免設(shè)置鋼筋混凝土樓電梯小井筒。因為井筒的存在會吸收較大的地震剪力,相應(yīng)地減少框架結(jié)構(gòu)承擔(dān)的地震剪力,而且井筒下基礎(chǔ)設(shè)計也比較困難,故這些井筒多采用砌體材料做填充墻形成隔墻。當(dāng)必須設(shè)計鋼筋混凝土井筒時,井筒墻壁厚度應(yīng)當(dāng)減薄,并通過開豎縫、開結(jié)構(gòu)洞等辦法進(jìn)行剛度弱化;配筋也只宜配置少量單排鋼筋,以減小井筒的作用。設(shè)計計算時,除按框架確定抗震等級并計算外,還應(yīng)按帶井筒的框架(當(dāng)平面不規(guī)則時,宜考慮耦聯(lián))復(fù)核,并加強(qiáng)與井墻體相連的柱子的配筋。
此外,還要特別指出,對框架結(jié)構(gòu)出屋頂?shù)臉请娞蓍g和水箱間等,應(yīng)采用框架承重,不得采用砌體墻承重;而且應(yīng)當(dāng)考慮鞭梢效應(yīng)乘以增大系數(shù);雨篷等構(gòu)件應(yīng)從承重梁上挑出,不得從填充墻上挑出;樓梯梁和夾層梁等應(yīng)承重柱上,不得支承在填充墻上。
6、結(jié)構(gòu)計算中幾個重要參數(shù)的合理選取
《抗震規(guī)范》第3.6.6.4條指出,所有的計算機(jī)計算結(jié)果,應(yīng)經(jīng)分析判斷確認(rèn)其合理、有效后方可用于工程設(shè)計。通常情況下,計算機(jī)的計算結(jié)果主要是結(jié)構(gòu)的自振周期、樓層地震剪力系數(shù)、樓層彈性層間位移(包括最大位移與平均位移比)和彈塑性變形驗算時樓層的彈塑性層間位移、樓層的側(cè)向剛度比、振型參與質(zhì)量系數(shù)、墻和柱的軸壓比及墻、柱、梁和板的配筋、底層墻和柱底部截面的內(nèi)力設(shè)計值、框架--抗震墻結(jié)構(gòu)抗震墻承受的地震傾覆力矩與總地震傾覆力矩的比值。超筋超限信息等等。
為了分析判斷計算機(jī)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。
現(xiàn)以空間有限元分析與設(shè)計程序SATWE為例,結(jié)合施工圖審查中發(fā)現(xiàn)的問題,來說明有關(guān)參數(shù)如何合理選取。
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