大连某小区家园10#住宅楼建筑结构设计

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摘要：框架结构住宅是指以钢筋混凝土浇捣成承重梁柱，再用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材隔墙分户装配成而的住宅。适合大规模工业化施工，效率较高，工程质量较好。框架结构的特点是能为建筑提供灵活的使用空间，但抗震性能差，本文在设计时充分达到了二者的平衡。

关键字：框架结构 抗震性 结构设计

一、 实际现场勘测及参数要求

经现场实际勘测，采用柱下独立基础。柱下独立基础问题的解决，不宜单纯着眼于地基基础本身，按常规设计法设计时，更应把地基、基础与上部结构视为一个统一的整体，从三者相互作用的概念出发来考虑地基基础方案。尤其是当地基比较复杂时，如果能从上部结构方面配合采取适当的建筑、结构、施工等不同措施、往往可以收到合理、经济的效果。

基础接受上部结构传来的荷载，再传至地基。按照受力形式，柱下独立基础有轴心受压和偏心受压两种。按施工方法，柱下独立基础可分为预制柱下基础和现浇柱下基础两种。

其构造一般要求如下：轴心受压基础的地面一般采用正方形。偏心受压基础的地面应采用矩形，长边与弯矩作用方向平行，长、短边长的比值在1.5-2.0之间，不应超过3.0；锥形基础的边缘高度不宜小于300mm，阶形基础的每阶高度宜为300-500mm；混凝土强度等级不宜低于C20，基础下通常要做素混凝土垫层，厚度一般采用100mm，垫层面积比基础面积大，通常每端伸出基础边100mm；底板受力钢筋一般采用HRB400、HRB335或HPB235级钢筋，其最小直径不宜小于8mm，间距不宜大于200mm。当有垫层时，受力钢筋的保护层厚度不宜小于35mm，无垫层的时候不宜小于70mm；基础底板的边长大于或者等于2.5m时，沿此方向的钢筋长度可减短10%，但宜交错布置。

二、框架结构的作用原理及设计布置

地面建筑是5层的多层结构，采用框架结构，可为建筑提供灵活的使用空间。

框架结构的构成：框架结构是由梁和柱连接而成的。梁柱交接处的框架节点应为刚接构成双向梁柱抗侧力体系。主体结构除个别部位外，不应采用铰接。柱底应为固定支座，框架梁宜拉通、对直，框架柱宜纵横对齐、上下对中，梁柱轴线宜在同一竖向平面内。有时由于使用功能或建筑造型上的要求，框架结构也可以做成缺梁、内收或有斜向布置的梁等。

框架结构是高次超静定结构，既承受竖向荷载，又承受风荷载或地震作用等侧向力的作用。一般情况下，计算时不考虑填充墙对框架抗侧的作用，因为填充墙的布置在建筑物的使用过程中具有不确定性，而且填充墙长长采用轻质材料，或在柱与墙之间留有缝隙仅通过钢筋柔性连接。但当填充墙采用砌体墙并与框架结构为刚性连接时，例如砌体填充墙的上部与框架梁底之间充分“塞紧”，或采用先砌墙后浇梁的施工顺序时，则在水平地震作用下，框架结构将发生侧向变形，填充墙将起斜压杆的作用。在水平地震作用下，刚性填充墙对框架侧向刚度有较大贡献，但要注意尽量使结构的整体抗侧刚度对称，以免地震时产生过大的整体扭转。

设计过程中，对框架结构布置应该引起足够的重视。柱网布置：框架结构的柱网布置既要满足生产工艺和建筑平面的要求，又要使结构受力合理，施工方便。民用建筑中，柱网布置应与建筑分隔墙布置相协调，一般常将柱子设在纵横建筑隔墙交叉点上，以尽量减少柱子对建筑使用功能的影响。柱网的尺寸还受到跨度的限制，梁跨度一般在6-9m为宜；柱网布置要是结构受力合理。多层框架主要承受竖向荷载。柱网布置时，应考虑到结构在竖向荷载作用下内力分布均匀合理，各构件材料强度能充分利用;柱网布置应方便施工。建筑设计及结构布置时均应考虑到施工方便，以加快施工进度，降低工程造价。例如，对于装配式结构，既要考虑到构件的最大长度和最大重量，使之满足吊装、运输设备的限制条件，又要考虑到构件尺寸的模数化、标准化，并尽量减少规格种类，以满足工业化生产的要求，提高生产效率。现浇框架结构可不受建筑模数和构件标准的限制，但在结构布置时亦应尽量使梁板布置简单规则，以方便施工。承重框架的布置：一般情况下柱在两个方向均应有梁拉结，亦即沿房屋纵横方向均应布置梁系。因此，实际的框架结构是一个空间受力体系。但为计算分析方便起见，可把实际框架结构看成纵横两个方向的平面框架。沿建筑物长向的称为纵向框架，沿建筑短向的称为横向框架。纵向框架和横向框架分别承受各自方向上的水平力，而楼面竖向荷载则依楼盖结构布置方式的不同而按不同的的方式传递：如为现浇平板楼盖，则竖向荷载向距离较近的梁上传递。对于预制板楼盖，则传至搁置预制板的梁上。一般应该在承受较大楼面竖向荷载的方向布置框架承重梁，而另一方向则布置较小的连系梁。按楼面竖向荷载传递路线的不通，承重框架的布置方案有横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架混合承重等几种。

三、建筑设计中的防震效果考虑

为满足建筑的一些特殊需求，需设置变形缝。变形缝是伸缩缝、沉降缝、防震缝的统称。

在多层建筑结构中，应尽量少设缝或不设缝，这可简化构造、方便施工、降低造价，增强结构整体性和空间刚度。为此，在建筑设计时，应通过调整平面形状、尺寸、体型等措施，在结构设计时，应通过选择节点连接方式。配置构造钢筋、设置刚性层等措施，来防止由于混凝土收缩。不均匀沉降、地震作用等因素引起的结构或非结构构件的损伤。当建筑物平面较狭长，或形状复杂、不对称，或各部分刚度、高度、重量相差悬殊，且上述措施都无法解决时，则设置伸缩缝、沉降缝、防震缝也是必要的。伸缩缝的设置，主要与结构的长度有关。当结构的长度超过规范规定的容许值时，应验算温度应力并采取相应的结构措施。 沉降缝的设置，主要与基础受到的上部荷载及场地的地质条件有关。当上部荷载差异较大，或地基土的物理力学指标相差较大，则应设沉降缝，沉降缝可利用挑梁或搁置预制板、预制梁等办法做成。伸缩缝与沉降缝的宽度一般不宜小于50mm。防震缝的设置主要与建筑平面形状、高度、刚度、质量分布等因素有关。防震缝的设置，应使结构单元简单、规则，刚度和质量分布均匀，以避免地震作用下的扭转效应。为避免各单元之间的结构在地震发生互相碰撞，防震缝的宽度不得小于70mm，同时对于框架结构房屋，当高度超过15m时，6度、7度、8度、和9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m，防震缝宽度宜加宽20mm。在非地震区的沉降缝，可兼做伸缩缝；在地震区的伸缩缝或沉降缝应符合防震缝的要求。当仅需设置防震缝时，则基础可不分开，但在防震缝处基础应加强构造和连接。

框架结构的特点是结构自身重量轻，适合于要求房屋内部空间较大、布置灵活的场合。整体重量的减轻能有效减小地震作用。如果设计合理，框架结构的抗震性能一般较好，能达到很好的延性。但同时由于侧向刚度较小，地震时水平变化较大，宜造成非结构构件的破坏。

住宅适合采用抗震墙结构，因这类建筑墙体较多，分隔较均匀，使承重结构和维护结构达到较高程度的统一。抗震墙结构的特点是侧向刚度大，强度高，空间整体性能好。然而，由于墙体多，重量大，地震作用也大，并且内部空间的布置和使用不够灵活。虽然地震作用可来自任意的方向，但在抗震设计时，一般只需且必须对结构纵、横两个主轴方向进行抗震计算。梁和柱的中线宜重合，以使传力直接，减小由于偏心过大而带来的不利影响。应注意避免形成短柱。在竖向非地震荷载作用下，可用调幅法来考虑框架梁的塑性内力重分布。对现浇框架，调幅系数取0.8-0.9；无论对水平地震作用引起的内力还是对竖向地震作用引起的内力均不应进行调幅。

参考文献：

[1]国振喜等.实用混凝土结构构造手册（第三版）[M].中国建筑工业出版社. 2005.8

[2]李国强、李杰等主编.建筑结构抗震设计（第三版）[M].中国建筑工业出版社.2009.