多层框架混凝土结构应注意的若干问题

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摘要：本文主要从概念设计、设计参数选取以及基础设计方面对多层框架结设计中存在的一些问题进行了分析。

关键词：多层框架；结构设计

中图分类号：TU323文献标识码： A

我国地域广大，属于地震多发国家，超过60%的国土面积需要进行抗震设防。目前多用的混凝土结构体系包括框架体系、剪力墙体系、框架―剪力墙体系，筒体结构体系以及混合结构体系。在这其中，框架结构体系在我国应用最为广泛。分析掌握其设计过程具有重要的意义。

1.多层框架结构的概念设计

在建筑结构设计过程中，首先进行的就是概念设计，概念设计在整个设计过程中起到了重大的作用。框架一般由梁、柱、板等主要构件组成。结构形式主要分为横向布置、纵向布置和双向布置。横向形式在上世纪九十年代应用较为普遍。主要原因是受当时计算能力限制，其特点为框架承担竖向荷载和平行于房屋横向的水平荷载。纵向框架布置形式也是一种平面框架类型，其受力特点为框架承担竖向荷载和沿纵向水平荷载作用，在横向则通过联系梁将竖向荷载传递到框架柱，与此同时，联系梁与框架立柱形成横向框架并承担沿横向的水平力作用。在有抗震要求的房屋设计中，要求框架必须纵横向布置。以此来抵抗双向地震作用，其结构布置形式具有较强的空间整体性以及抗震性能。

规范中要求明确建筑形体的规则性，其中“规则”主要包括建筑的平面、立面的规则性，抗侧力构件的连续性，不间断。与此同时，对于多层结构框架，构件的布置也要最大限度的满足建筑的功能需要以及美观性。因此在设计中，框架机构的柱网形式、梁柱尺寸、水平竖直结构外形的变化以及结构缝的布置都会影响最终的计算结果，在设计过程中需多次调试，与其他专业间相互沟通。倘若结构出现不规则状况，往往会出现结构扭转过大，位移比等参数超限，最后导致造价增加，造成无用的浪费。

2.设计参数的选取

规范指出，计算模型必须符合结构的实际受力情况，计算机得到的主要是结构的自振周期、楼层地震剪力、楼层的侧向刚度比、振型参与质量系数、框架－抗震墙结构抗震墙承受的地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值等。为了得到想要的结果，往往需要对参数进行多次设置，多次计算，每次计算往往只会得到一部分有用的结果，这就需要我们熟悉相关参数的选取。

2.1抗震等级的确定。

在工程设计中，多数房屋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，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》(GB50011-2010)表 6.1.2 确定；而一些大型体育场馆、医院、学校以及大型商场等公共建筑，首先应当根据《建筑抗震设防分类标准》（GB50223-2008）确定其中哪些建筑属于乙类建筑（甲类建筑）。对于乙类和丙类建筑，规范规定其地震作用按当地抗震设防烈度计算。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烈度提高一度的要求。具体方法为按本地区设防烈度提高一度，之后查抗规表6.1.2，依据此最后确定其抗震等级。例如，位于7度地震区（如辽宁营口）的乙类多层框架结构（层高小于24m），应按8度考虑，由抗规表6.1.2确定其抗震等级为二级；当8度乙类建筑并且建筑高度超过了抗规表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。

2.2 振型组合数的选取

在计算地震力时，抗规指出，计算过程中要求结构参与质量达到总质量的90%以上所需的振型数；但要注意振型个数不能超过结构固有的振型总数，一般选取的阵型数目为3乘以楼层层数。如果选取的振型过多，得出的结果会有较大偏差。对于进行耦联计算的结构，所选振型数应大于9个，多塔结构应更多些，最后读取SATEWE结果。

2.3结构周期折减系数

对于多层框架结构，由于需要填充墙进行填充，造成结构的刚度增大，计算周期大于实际周期，因此，算出的地震剪力偏小，导致结果安全存在隐患，因而规范提出需要对结构的周期进行折减。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。对于无填充的纯框架，计算周期才可以不折减。在折减系数选取时，要求选取准确，其选取大小不仅影响结构内力，同时还影响结构的位移等参数。

3.基础设计

3.1 柱下独立基础

（1）多层框架结构房屋采用柱下独立基础时，需要输入风荷载进行参与计算，大多数设计者认为多层风荷载不会起到控制作用就将其不输入或者输入不准确。最后的结果就是计算存在错误，对上部结构安全产生威胁。

（2）设计柱下独立基础时，作用在基础顶面上的外荷载除了轴力设计值和弯矩设计值，还应包括剪力设计值，有些计算过程中设置只取轴力值。这样造成的结果是基础尺寸相差很大，配筋也会相应小很多，造成上部结构的安全隐患。

（3）一般说来，当柱下独立基础埋置浅埋，或者埋置虽深但采用了短柱基础时，为保证其整体性，应根据抗震要求，沿两个主轴方向设置构造基础梁。基础梁截面宽度可取柱中心距的1/20~1/30，高度可取柱中心距的 1/12~1/18。梁按构造配筋即可。当基础梁上作用有填充墙或楼梯柱等传来的荷载时，在计算尺寸与配筋时候，应加入上部荷载。在这种情况下，基础可按偏心有受压基础设计；当框架底层层高不大或者基础埋置不深时，有时要把基础梁设计得大，以便用基础梁来平衡柱底弯矩。

3.2 桩基

（1）桩基础设计中，在布置桩时不仅要虑竖向荷载作用，还要注意承台底部边桩的反力。（2）对于PHC预应力管桩，在多层框架结构房屋中采用单柱单桩或一柱两桩基础，柱底弯矩由基础梁和桩共同承受。这就需要在设计时考虑该方向柱脚在水平荷载作用下所产生弯矩，同时也要进行箍筋加密，若忽视此荷载项目，将使结构存在抗震薄弱环节，给建筑留下了安全的隐患。

（3）进行抗拔桩设计时，桩身配筋量不仅要求按强度要求进行计算，还要进行裂缝宽度验算，并且裂缝的验算更加重要，其配筋量的大小往往起控制作用。对于抗拔桩承台，还要在顶部配置受拉钢筋。

（4）采用PHC预应力管桩作为抗拔桩时，往往只计算桩身抗拉强度要而忽视桩基与承台间连接钢筋的强度要求以及桩段之间的裂缝宽度要求。

4 结语

进行多层框架结构设计时，首先应进行方案的可行性设计，对可能出现的问题，提出解决方案，选取正确的参数，并对计算结果进行分析判断。在设计中，对于计算机给出的结果，不能盲目的选用而不区分实际情况。应进行理性的挑选，注意超配筋信息文件，对超配筋的处理，对于与设计情况不相符时，还要进行相应的调整。真正做到“安全、适用、耐久”。

参考文献

1.《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)

2.《建筑抗震设防分类标准》（GB50223-2008）

3.《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）