论文部分内容阅读
摘要：本文根据建筑结构设计的工作经验，结合某高层建筑结构设计，通过具体的设计分析，对高层建筑结构体系设计的特点进行了简要的概述与分析，指出了在高层建筑结构设计过程中应注意的问题，以提高建筑结构设计的经济性和安全性。
关键词：框架结构；结构设计；要点分析；
框架结构是由梁柱构成的，由于构件的截面较小，构建结构的承载力和刚度相对较低。框架结构的特点与悬臂切梁、楼层高度、水平位移有关系的。在层数较低的情况下，框架结构的使用性能及力学性能较好，能够很好的抵御地震力。平面布置具有灵活性较强可以为建筑提供灵活的使用空间，以最大限度满足使用要求。
1 工程概况
本工程分为地下为2层，地上为26层，结构房屋高度为89.50m，另有1层局部突出屋面。地下一层主要为各类设备用房、库房和汽车库，地下二层主要为汽车库，其中部分为人防。
1～3层为商场及社区服务用房，4～26层为住宅；两梯六户，总户数为144户。建筑面积为22715.7㎡，属一类高层建筑。
2 设计分析
2.1 场区水文地质条件及基础设计水位的确定
勘察期间实测该层稳定水位埋深3.33～8.50m，稳定水位标高14.17～14.44m。按Ⅱ类环境、A类水考虑，场地孔隙潜水对混凝土结构具弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀，对钢结构具弱腐蚀性。粉质粘土对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀，对钢结构具弱腐蚀性。抗浮、防渗的设防水位标高按设计场地整平标高21.00m考虑。
2.2地基基础方案
本工程基底标高在-11.10m～-12.20m，基础持力层为细砂层和粗砂层，承载力特征值分别为150 kPa和200 kPa，可以满足裙房及纯地下室部分地基承载力需要；不能满足高层部分地基承载力要求。因此，裙房及纯地下室部分采用天然地基，基础采用平板式筏形基础。高层部分基础采用桩筏基础。基桩采用钻孔灌注桩。由于本工程抗浮设防水位很高，经验算需采取抗浮措施。拟设置抗拔桩作为抗浮措施。
2.3抗侧力体系
本工程结构采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系；上部结构嵌固层设在（±0.00）楼板处；剪力墙的底部加强区高度为：地上1～3层（加强范围：地下1～地上4层）。
2.4屋盖及楼盖结构
本工程地下部分楼面（包括±0.00楼板）采用现浇主框架梁+厚板的楼盖体系；地上部分楼面采用现浇主框架梁+次梁楼盖体系；对于有较大孔洞的楼面，拟采取加强孔洞周围楼板的厚度及配筋以及加大洞口边梁截面尺寸等措施，提高建筑物的整体刚度；设在三层的大堂顶板，由于大堂抽柱造成托柱转换，转换梁跨度17.4m，一般的钢筋混凝土结构不能满足要求，需采用钢骨混凝土梁的方案予以解决。
2.5抗震缝、沉降缝、伸缩缝的设置
本工程裙房部分和高层部分之间建筑荷载差别较大，存在一定的沉降差异。但因高层部分采用桩基础，经初步计算分析，两部分的沉降差较小，满足设计要求，故本工程不设永久后浇带，仅设施工后浇带，以防止混凝土因收缩引起开裂；为减小地下室结构较长所带来的混凝土收缩和温度应力等对结构的不利影响，除设置后浇带外，拟采取以下措施：1）设计。适当提高基础外墙及地下室顶板的最小配筋率，顶板采用双层双向贯通配筋；2）材料。混凝土原材料应采用低收缩、低水化热的水泥，控制基础外墙及底板的混凝土强度等级，使用60天的混凝土强度指标。基础外墙、顶板及地上的裙房顶层及主楼顶层的混凝土加入适量抗裂纤维；同时应严格控制混凝土外加剂的品种、质量和剂量；3）施工。施工单位应采取有效的施工工艺和措施，并控制混凝土的浇筑时间和浇筑温度，以便部分抵消混凝土收缩和温度应力对结构的不利影响。
3 设计时各方面应注意的要点
3.1多层框架房屋地基基础设计时的注意点
1）要正确地阅读和使用地质报告。熟悉勘察报告的主要内容，了解勘察结论和计算指标的可靠程度，进而判断报告中的建议对该项工程的适用性。这里，要把场地的工程地质条件与拟建建筑物的具体情况和要求联系起来进行综合分析。
2）在满足承载力和变形的基本要求下，尽量采用比较经济的天然地基上的浅基础。地基持力层的选择应从地基基础和上部结构的整体性出发，综合考虑场地土层的分布情况及稳定性，土层的物理力学性质，建筑物的体型、结构类型和荷载性质与大小，还要考虑地下水的影响。
3）多层房屋一般采用条形基础或独立基础。一般先由地基承载力和变形确定基础底面尺寸，然后再进行基础截面设计验算。基础高度由混凝土抗冲切和剪切条件确定，基础配筋则由基础验算截面的抗弯能力确定。除满足计算要求以外，还要满足一些规范规定的构造要求。要注意的是，在确定基础底面尺寸或计算基础沉降时，应考虑设计地面以下基础及其上覆土重力的作用；而在进行基础截面设计中，应采用不计上覆土重力作用时的地基净反力进行计算。
4）在地基处理时，要针对地质报告条件和水文地质条件选用合适的地基处理方法。要特别注意所选的方法必须符合土力学的基本原理和重视当地的实际工程经验。
3.2多框架结构上部设计的注意点
1）抗震设计时，当框架梁梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时，箍筋的最小直径应较《建筑抗震设计规范》表6.3.3中的要求增大2mm（该条为强条）。而不少设计人员容易遗忘，此处配筋率应按h计算。框架梁梁端上部负筋配筋量通常较大，需注意核算配筋率。当配筋率大于2%时，箍筋的最小直径对抗震等级为Ⅰ级的框架梁为12mm；对Ⅱ、Ⅲ级框架梁为10mm；对Ⅳ级框架梁为8mm。
2）在抗震设防地区，应注意遵循强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固的设计原则，以形成延性框架。某厂主车间二层梁柱：主梁跨度为7.8m，柱距为4.8m，楼面恒荷载5kN/m，楼面活荷载12kN/m22，一层至二层的层高为4.5m，采用C30混凝土，设防烈度7度，抗震等级Ⅲ级，按两种方案考虑。
3）框架梁柱截面设计的注意点，柱的截面高度h=1/6H～1/12H，截面宽度b=1h～1/1.5h，其中H为房屋层高，也可按轴心受压柱估算，考虑弯矩的影响，将轴力乘以1.2～1.4的放大系数。框架主梁截面高度h=1/10L～1/14L，截面宽度b=1/2h～1/3h，其中L为梁的计算跨度。可根据跨数、荷载、承重、非承重选取大者或小者，一般可取h=1/12L，b不宜小于200mm，也不宜小于1/4h。次梁的截面高度h=1/12L～1/16L，应比框架主梁高度至少小50mm，次梁的截面最好比主梁宽度小50mm，一般可取200mm或250mm，但不应小于150mm。
4）框架梁配筋设计的注意点，主次梁相交处应注意附加箍筋或附加吊筋的增设。在实际设计梁配筋的过程中，经软件计算显示出来的配筋率可能并未達到2%或2.5%，但在生成梁施工图时因为不同型号的钢筋归并及人为的放大系数，往往使梁端纵向受拉钢筋的配筋率大于2%或2.5%，而设计人员很容易忽略这个问题，但在施工图审查的时又会经常被提出来，这就要求设计人员能及时的作出相应的调整。对于一些由于功能限制梁高不能做高的采用宽扁梁，梁中心线必须与柱中心线重合，应注意在一级框架中不宜采用。
4 结束语
总之，框架结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，框架结构设计中应根据实际情况做好结构分析，多做方案比较。否则任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。
参考文献：
[1]夏卓文.高层建筑结构设计特点与剪力墙设计[J].住宅科技.，2007，2：
[2]王 涛.高层住宅剪力墙结构设计与研究[D].山东大学硕士论文，2008，5：
关键词：框架结构；结构设计；要点分析；
框架结构是由梁柱构成的，由于构件的截面较小，构建结构的承载力和刚度相对较低。框架结构的特点与悬臂切梁、楼层高度、水平位移有关系的。在层数较低的情况下，框架结构的使用性能及力学性能较好，能够很好的抵御地震力。平面布置具有灵活性较强可以为建筑提供灵活的使用空间，以最大限度满足使用要求。
1 工程概况
本工程分为地下为2层，地上为26层，结构房屋高度为89.50m，另有1层局部突出屋面。地下一层主要为各类设备用房、库房和汽车库，地下二层主要为汽车库，其中部分为人防。
1～3层为商场及社区服务用房，4～26层为住宅；两梯六户，总户数为144户。建筑面积为22715.7㎡，属一类高层建筑。
2 设计分析
2.1 场区水文地质条件及基础设计水位的确定
勘察期间实测该层稳定水位埋深3.33～8.50m，稳定水位标高14.17～14.44m。按Ⅱ类环境、A类水考虑，场地孔隙潜水对混凝土结构具弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀，对钢结构具弱腐蚀性。粉质粘土对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀，对钢结构具弱腐蚀性。抗浮、防渗的设防水位标高按设计场地整平标高21.00m考虑。
2.2地基基础方案
本工程基底标高在-11.10m～-12.20m，基础持力层为细砂层和粗砂层，承载力特征值分别为150 kPa和200 kPa，可以满足裙房及纯地下室部分地基承载力需要；不能满足高层部分地基承载力要求。因此，裙房及纯地下室部分采用天然地基，基础采用平板式筏形基础。高层部分基础采用桩筏基础。基桩采用钻孔灌注桩。由于本工程抗浮设防水位很高，经验算需采取抗浮措施。拟设置抗拔桩作为抗浮措施。
2.3抗侧力体系
本工程结构采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系；上部结构嵌固层设在（±0.00）楼板处；剪力墙的底部加强区高度为：地上1～3层（加强范围：地下1～地上4层）。
2.4屋盖及楼盖结构
本工程地下部分楼面（包括±0.00楼板）采用现浇主框架梁+厚板的楼盖体系；地上部分楼面采用现浇主框架梁+次梁楼盖体系；对于有较大孔洞的楼面，拟采取加强孔洞周围楼板的厚度及配筋以及加大洞口边梁截面尺寸等措施，提高建筑物的整体刚度；设在三层的大堂顶板，由于大堂抽柱造成托柱转换，转换梁跨度17.4m，一般的钢筋混凝土结构不能满足要求，需采用钢骨混凝土梁的方案予以解决。
2.5抗震缝、沉降缝、伸缩缝的设置
本工程裙房部分和高层部分之间建筑荷载差别较大，存在一定的沉降差异。但因高层部分采用桩基础，经初步计算分析，两部分的沉降差较小，满足设计要求，故本工程不设永久后浇带，仅设施工后浇带，以防止混凝土因收缩引起开裂；为减小地下室结构较长所带来的混凝土收缩和温度应力等对结构的不利影响，除设置后浇带外，拟采取以下措施：1）设计。适当提高基础外墙及地下室顶板的最小配筋率，顶板采用双层双向贯通配筋；2）材料。混凝土原材料应采用低收缩、低水化热的水泥，控制基础外墙及底板的混凝土强度等级，使用60天的混凝土强度指标。基础外墙、顶板及地上的裙房顶层及主楼顶层的混凝土加入适量抗裂纤维；同时应严格控制混凝土外加剂的品种、质量和剂量；3）施工。施工单位应采取有效的施工工艺和措施，并控制混凝土的浇筑时间和浇筑温度，以便部分抵消混凝土收缩和温度应力对结构的不利影响。
3 设计时各方面应注意的要点
3.1多层框架房屋地基基础设计时的注意点
1）要正确地阅读和使用地质报告。熟悉勘察报告的主要内容，了解勘察结论和计算指标的可靠程度，进而判断报告中的建议对该项工程的适用性。这里，要把场地的工程地质条件与拟建建筑物的具体情况和要求联系起来进行综合分析。
2）在满足承载力和变形的基本要求下，尽量采用比较经济的天然地基上的浅基础。地基持力层的选择应从地基基础和上部结构的整体性出发，综合考虑场地土层的分布情况及稳定性，土层的物理力学性质，建筑物的体型、结构类型和荷载性质与大小，还要考虑地下水的影响。
3）多层房屋一般采用条形基础或独立基础。一般先由地基承载力和变形确定基础底面尺寸，然后再进行基础截面设计验算。基础高度由混凝土抗冲切和剪切条件确定，基础配筋则由基础验算截面的抗弯能力确定。除满足计算要求以外，还要满足一些规范规定的构造要求。要注意的是，在确定基础底面尺寸或计算基础沉降时，应考虑设计地面以下基础及其上覆土重力的作用；而在进行基础截面设计中，应采用不计上覆土重力作用时的地基净反力进行计算。
4）在地基处理时，要针对地质报告条件和水文地质条件选用合适的地基处理方法。要特别注意所选的方法必须符合土力学的基本原理和重视当地的实际工程经验。
3.2多框架结构上部设计的注意点
1）抗震设计时，当框架梁梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时，箍筋的最小直径应较《建筑抗震设计规范》表6.3.3中的要求增大2mm（该条为强条）。而不少设计人员容易遗忘，此处配筋率应按h计算。框架梁梁端上部负筋配筋量通常较大，需注意核算配筋率。当配筋率大于2%时，箍筋的最小直径对抗震等级为Ⅰ级的框架梁为12mm；对Ⅱ、Ⅲ级框架梁为10mm；对Ⅳ级框架梁为8mm。
2）在抗震设防地区，应注意遵循强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固的设计原则，以形成延性框架。某厂主车间二层梁柱：主梁跨度为7.8m，柱距为4.8m，楼面恒荷载5kN/m，楼面活荷载12kN/m22，一层至二层的层高为4.5m，采用C30混凝土，设防烈度7度，抗震等级Ⅲ级，按两种方案考虑。
3）框架梁柱截面设计的注意点，柱的截面高度h=1/6H～1/12H，截面宽度b=1h～1/1.5h，其中H为房屋层高，也可按轴心受压柱估算，考虑弯矩的影响，将轴力乘以1.2～1.4的放大系数。框架主梁截面高度h=1/10L～1/14L，截面宽度b=1/2h～1/3h，其中L为梁的计算跨度。可根据跨数、荷载、承重、非承重选取大者或小者，一般可取h=1/12L，b不宜小于200mm，也不宜小于1/4h。次梁的截面高度h=1/12L～1/16L，应比框架主梁高度至少小50mm，次梁的截面最好比主梁宽度小50mm，一般可取200mm或250mm，但不应小于150mm。
4）框架梁配筋设计的注意点，主次梁相交处应注意附加箍筋或附加吊筋的增设。在实际设计梁配筋的过程中，经软件计算显示出来的配筋率可能并未達到2%或2.5%，但在生成梁施工图时因为不同型号的钢筋归并及人为的放大系数，往往使梁端纵向受拉钢筋的配筋率大于2%或2.5%，而设计人员很容易忽略这个问题，但在施工图审查的时又会经常被提出来，这就要求设计人员能及时的作出相应的调整。对于一些由于功能限制梁高不能做高的采用宽扁梁，梁中心线必须与柱中心线重合，应注意在一级框架中不宜采用。
4 结束语
总之，框架结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，框架结构设计中应根据实际情况做好结构分析，多做方案比较。否则任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。
参考文献：
[1]夏卓文.高层建筑结构设计特点与剪力墙设计[J].住宅科技.，2007，2：
[2]王 涛.高层住宅剪力墙结构设计与研究[D].山东大学硕士论文，2008，5：