关于多层框架房屋建筑结构设计中的关键性问题分析

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【摘 要】本文首先概述了多层框架结构设计，然后对设计中的关键性问题进行了详细阐述。多层框架结构具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点，被广泛地应用于各类多层的工业与民用建筑中，本文就此展开探讨，望能为同行工程技术人员提供一定的参考价值。

【关键词】多层框架房屋；结构设计；问题探讨；

前言

钢筋混凝土框架结构是目前应用最广泛的结构形式之一。钢筋混凝土框架结构是由楼板、 梁、 柱及基础 4种承重构件组成的， 由主梁、 柱与基础构成平面框架，各平面框架再由连续梁连接起来而形成的空间结构体系。在合理的高度和层数的情况下， 框架结构能够提供较大的建筑空间， 其平面布置灵活，可适合多种工艺与使用功能的要求。但是， 在框架结构设计中，仍然存在着一些概念性和实际性的问题需要设计人员予以高度重视，以确保结构设计质量。

一、独立基础设计荷载取值问题分析研究

多层框架房屋多采用柱下独立基础，当地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层时。不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房。可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。另一种情况是。在设计独立基础时，作用在基础顶面上的外荷载（柱脚内力设计值）只取轴力设计值和弯矩设计值，无剪力设计值。或者甚至只取轴力设计值。以上两种情况都会导致基础设计尺寸偏小，配筋偏少。影响基础本身和上部结构的安全。

二、框架计算简图不合理问题分析研究

无地下室的钢筋混凝土多层框架房屋.其独立基础埋置较深，在一0.05m左右设有基础拉梁时，应将基础拉梁按层1输入，以某建筑楼为例。该项目为三层钢筋混凝土框架结构，丙类建筑，建筑场地为Ⅱ类；层高3.3m，基础埋深4.0m，基础高度0.8m，室内外高差0.45m，根据《抗震规范》第6.1.2条，在7度地震区该工程框架结构的抗震等级为二级。设计者按3层框架房屋计算，首层层高取3.35m。即假定框架房屋嵌固在一0.05m处的基础拉梁顶面；基础拉梁的断面和配筋按构造设计：基础按中心受压计算。显然，选取这样的计算简图是不妥当的。因为，第一，按构造设计的拉梁无法平衡柱脚弯矩；第二《，混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第7.3.11条规定，框架结构底层柱的高度应取基础顶面至首层楼盖顶面的高度。工程设计经验表明，这样的框架结构宜按4层进行整体分析计算，即将基础拉梁层按层一输入，拉粱上如作用有荷载，应将荷载一并输入。

三、基础拉粱设计问题分析研究

多层框架房屋基础埋深值大时，为了减小底层柱的计算长度和底层的位移。可在±0.000以下适当，位置设置基础拉梁。但不宜按构造要求设置。宜按框架梁进行设计，并按规范规定设置箍筋加密区。但就抗震而言，应采用短柱基础方案。一般说来，当独立基础埋置不深，或者埋置虽深但采用了短柱基础时。由于地基不良或柱子荷载差别较大.或根据抗震要求，可沿两个主轴方向设置构造基础拉梁。基础拉梁截面宽度可取柱中心距的1/20～l/30，高度可取柱中心距的l/12～1/18。构造基础拉梁的截面可取上述限值范围的下限，纵向受力钢筋可取所连接柱子的最大轴力设计值的10%作为拉力或压力来计算，当为构造配筋，除满足最小配筋率外，也不得小于上下各2Ⅱ14，配筋不得小于Ⅰ8～200。当拉梁上作用有填充墙或楼梯柱等传来的荷载时，拉梁截面应适当加大，算出的配筋应和上述构造配筋叠加。

四、结构计算中几个重要参数的选取问题分析研究

《抗震规范》第3.6.6.4条指出，所有的计算机计算结果，都应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。通常情况下，计算机的计算结果主要是结构的自振周期，楼层地震剪力系数，楼层弹性层间位移（包括最大位移与平均位移比）和弹塑性变形验算时楼层的弹塑性层间位移。楼层的侧向刚度比，振型参与质量系数，墙和柱的轴压比及墙、柱、梁和板的配筋，底层墙和柱底部截面的内力设计值。框架——抗震墙结构中抗震墙承受的地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值。为了分析判断计算机计算结果是否合理，进行结构设计计算时，除了有合理的结构方案、正确的结构计算简图外，正确填写抗震设防烈度和场地类别，合理选取电算程序总信息中的其他各项参数也是十分重要的。

1、结构的抗震等级。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。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，而对于电讯、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《建筑工程抗震设防分类标准》fGB50223-2004）确定其中哪些建筑属于乙类建筑。对于乙、丙类建筑，其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.抗震措施应符合按本地区抗震设防烈度提高一度的要求。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，当7度地区的乙类建筑的高度超过表6.1.2规定的范围时，还应采取比一级抗震等级更有效的抗震措施。如：某7度地震区城市的一个大型零售商场和一个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，使建设物的抗震能力大为降低，不得不对设计计算作重大修改。

2、地震力的振型组合数。对于多层建筑.当不考虑扭转耦联计算时，地震力的振型组合数至少应取3；当振型数多于三时，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，对于不规则的高层建筑结构，当考虑扭转耦联时，振型数应≥9：结构层数较多或结构刚度突变较大时，振型数应多取，如结构有转换层，顶部有小塔楼、属多塔结构等，振型数应≥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，采用总刚分析，且必要时，振型数才可以取得更多。《抗震规范》中指出.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，这是应当改进的，此外，由耦联计算的地震剪力通常小于非耦联计算得来的数值。仅当结构存在明显扭转时才采用耦联计算，但在必要时应补充非耦联计算。

3、结构周期折减系数。框架结构及框架一抗震墙等结构中。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，结构显得不安全，所以对结构的计算周期进行折减是必要的；但若折减系数取得过大也是不妥当的。对于框架结构来说，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。

五、结语

以上问题在多层框架结构设计中比较常见，也经常被忽视。设计人员应引起注意，确保结构设计质量，以免造成错误。

参考文献：

[1]唐世润.钢筋混凝土框架结构设计的智能CAD系统[D].哈尔滨工业大学，2006.

[2]林玮，李巨文.多层砌体房屋抗震加固方法述评[J]地震工程与工程振动，2006.

[3]张建川；高烈度地区多层错层设计的结构分析[D].西南交通大学，2006.