多层框架结构计算的几个问题

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【摘要】随着我国现代化进程的推进，房地产行业的得到长足的发展。无论是工业建筑还是民用建筑，框架结构得到越来越多的运用，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，做出各种符合业主要求的建筑结构，本文就多层框架结构的布置和计算进行分析和探讨。

【关键词】多层框架结构；设计方法；原则

中图分类号：TU241.8 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2013）04-（页码）-页数

框架结构式最常用的竖向结构体系，在实际生产过程中大量应用。其特点是框架结构有较好的抗压和抗弯能力、可以减轻建筑物的重量、有较好的延性、有较好的整体性等，同时，框架结构在高层时水平作用效应较为明显，因此在楼层高度不高（一般不超过70米）的情况下使用较多。下面将从四个方面探讨多层框架结构的设计。

1.多层框架结构的布置

1.1柱网布置

框架结构的柱网布置既要满足建筑功能要求，又要使结构受力合理，并且方便施工。柱网均匀、对称，对结构受力是有利的。均匀的柱网使框架梁的跨度均匀，从而使在竖向荷载下的内力分布均匀，充分发挥材料强度。柱网布置还要考虑构件尺寸模数化、标准化，并尽量减少规格种类，以满足工业化生产要求，提高生产效率，便于施工。

1.2承重框架布置

竖向荷载是多层房屋的主要荷载，因而如何承受竖向荷载是结构布置，需要重点考虑。框架结构有横向框架承重，纵向框架承重和纵横向框架混合承重。横向框架承重的楼面荷载首先传递到横向框架梁上，再由横向框架梁传递至框架柱。横向框架承重方案可以提高建筑物的横向抗侧刚度；纵向框架承重与横向框架承重类似，楼面荷载传至竖向框架梁上，同样，纵向框架承重方案能够提高建筑物的纵向抗侧刚度，当房屋开间方向需要较大空间是，可获得较高的室内净高，其缺点是横向抗侧刚度较差。纵横向框架混合承重方案综合了以上两种方案的优点，可以再两个方向均匀承受上部传来的荷载，而且在两个方向均有较大的抗侧刚度，整体工作性能好。

1.3框架的规则性

与柱网布置需要均匀和对称类似，规则的布置框架结构是十分重要的，特别在水平荷载的作用下，容易使框架梁柱的受力不均匀，产生较大变形，导致不容忽视的危险。

2.多层框架结构的计算

2.1梁的柱边处弯矩计算

2.2抗震等级计算

在工程设计中，多数房屋建筑按其抗震设防分类属于丙类建筑，如民用住宅、办公楼及一般工业建筑等等，其抗震等级可根据烈度、结构类型和房屋的高度按《抗震规范》表6.1.2确定。而电讯、交通、能源、消防和医疗等类建筑以及大型体育场馆、大型零售商场等公共建筑，首先，应当根据《建筑抗震设防分标准》（GB50223-95）确定其中哪些建筑属于乙类建筑（可能还有甲类建筑，本文不涉及）。乙、丙类建筑，地震作用均按本地区抗震设防烈度计算。对于乙类建筑，一般情况下，当抗震设防烈度为6～8度时，抗震措施应符合本地区抗震设防列度提高一度的要求。所谓抗震措施，在这里主要体现为按本地区设防烈度提高一度由《抗震规范》表6.1.2确定其抗震等级。例如，位于8度地震区（如北京）的乙类建筑，应按9度由《抗震规范》表6.1.2确定其抗震等级为一级；当8度乙类建筑的高度过表6.1.2规定的范围时，还应经专门研究，采取比一级抗震等级更有效的抗震措施。如北京某大型零售商场和某三级医院的门诊楼本属乙类建筑，但设计人员错当成丙类建筑来设计，使建筑物的抗震能力为降低，不得不对设计计算做重大修改。

2.3地震力的振型组合数

地震力的振型组合数，不考扭转耦联计算时，至少应取3；当振型数多于3时，宜取3的倍数，但不应多于层数；当房屋层数≤2时，振型数可取层数。对于不规则的结构，当考虑扭转耦联时，对高层建筑，振型数应取≥9；结构层数较多或结构刚度突变较大，振型数应多取，如结构有转换层、顶部有小塔楼、多塔结构等，振型数应取≥12或更多，但不能多于房屋层数的3倍；只有当定义弹性楼板，且采用总刚分析，必要时，振型数才可以取的更多。《抗震规范》指出，合适的振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90%所需的振型数。SATWE等电算程序已有这种功能，可以很方便地输出这种参与质量的比值。有些设计人员不大重视电算程序使用手册的应用，选取振型数时比较随意，这是应当改进。此外，由耦联计算的地震剪力通常小于非耦联计算，仅当结构存在明显示扭转时才采用耦联计算，但在必要时应补充非耦联计算。

2.4结构周期折减系数

框架结构及框架--抗震墙等结构，由于填充墙的存在，使结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期，因此，算出的地震剪力偏小，使结构偏于不安全，因而对结构的计算周期进行折减是必要的，但对框架结构的计算周期不折减或折减系数取得过大都是不妥当的。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。

2.5梁端弯矩调幅

考虑梁端负弯矩较大，配筋较多且不便施工，故在竖向荷载作用下，考虑塑性内力重分布，将梁端负弯矩降低来配筋。规范规定，现浇框架的调幅系数为0.8～0.9，装配式框架的调幅系数为0.7～0.8，但同时规定， 只在竖向荷载作用下梁端弯矩才允许调幅，而水平荷载作用产生的梁端弯矩不得调幅。有的资料做法是，在内力组合前对梁端弯矩不作调幅，而在配筋计算时将组合内力设计值调幅，这样，水平荷载作用产生的梁端弯矩同时也被作调幅，不符合规范要求。正确的做法应该是先将竖向荷载产生的弯矩进行调幅（同时剪力也应该作相应变化），然后与水平荷载产生的弯矩组合。梁端弯矩作调幅计算时可采用两种方法，一是先将梁端的固端弯矩作调幅后，再进行力矩分配， 另一种方法是将由力矩分配法得到的梁端负弯矩直接乘以调幅系数。

3.结语

随着框架结构广泛的应用，更需要规范框架结构的设计和施工，保证建筑适用性和安全性，合理的运用建筑材料和建筑技术，提高效率和增加经济效益，为我国的社会主义现代化建设作出更大的贡献。

参考文献

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[2] GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S].中国建筑工业出版社，2002.

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[4] 唐九如.钢筋混凝土框架节点抗震[M].东南大学出版社，1989.