论文部分内容阅读
摘要：建筑框架结构设计属于建筑结构设计中一种重要的形式。设计多层框架结构，设计人员应首先判断结构方案的可行性，对可能碰到的问题提前采取措施予以解決，并对所有计算结构认真分析、判断，准确无误后方可应用于实际工程。本文对多层建筑结构设计中框架结构的常见问题进行了阐述，并提出了相应的解决措施。
关键词：建筑结构;框架结构;结构设计
在现代多层建筑设计领域，框架结构设计无论是在保障建筑安全还是在保证建筑外观形态方面都占有重要战略位置。设计多层框架结构，设计人员应首先判断结构方案的可行性，对可能碰到的问题提前采取措施予以解决，并对所有计算结构认真分析、判断，准确无误后方可应用于实际工程。鉴于此下文在阐述多层建筑结构设计中框架结构的常见问题的基础上提出了对应的解决措施。
1．基础系梁的设置问题
建筑框架结构设计在基础梁设置方面的问题主要表现在埋置深度问题。如果基础梁埋置深度过深，则可采用基础系梁的方式减少底层柱的计算长度。若是工程条件符合《建筑抗震设计规范》的6．1．1 l条规定，同样需要设置基础系梁。同时，依照建筑物的抗震要求，建议沿着两个主轴的方向设置基础系梁，其中所构造的基础系梁的纵向受力钢筋可以取所连接柱的最大轴力设计值的百分之十作为压力或者拉力来加以计算，截面高度可以取连接柱中心距离的1／1 2～1／1 5。满足最小配筋率是构造配筋的基本条件，当基础系梁上作用有楼梯柱或者填充墙时传来的荷载时，应该将相应值提升至与所连接柱子最大轴力设计值的百分之十的叠加。同时，基础系梁截面也应该保持同步的增加，计算出配筋应满足的构造和受力要求。基础系梁顶标高的构造与基础顶标高一样。此外，可以用混凝土将基础梁下雨独立基础的锥形斜坡或者台阶之间的空隙部分浇筑，使其与基础项面齐平之后再浇筑基础系梁。如果以基础系梁来进行柱底弯矩的平衡，那么应该按照框架梁来设计配筋和基础系梁的截面尺寸。此时，应该全部拉通拉梁正弯矩钢筋，至少应在1／2跨拉通负弯矩钢筋，基础系梁纵筋的抗震要求、箍筋的加密以及框架柱内的锚固应该与上部框架梁相同，而且此时要在基础梁顶部设置拉梁。总之，若是不设置基础系梁，则可以素混凝土条形作为填充墙的基础；若是设置基础拉梁，则适合在框架柱之间设置，对于不在框架柱之间的墙体可以素混凝土基础。
2．框架结构薄弱层的判定与处理问题
所谓薄弱层是指结构在强烈地震影响下出现屈服并产生较大弹塑性位移的建筑部位。通常来讲，这些部位的承载能力是可以满足抗震承载力要求，但是如果地震强度大于一定级别，就会出现薄弱层。关于薄弱层，主要存在判定与处理两个方面的问题：首先，关于薄弱层的判定。个人指定、计算判断和强制指定是框架结构薄弱层判定的主要方式。通常，在sATwE软件中，设计人员依照个人经验或者《建筑抗震设计规范》中的5．5．4条规定可以直接判定哪一层属于薄弱层；软件在计算过程中，若是结构的抗侧移刚度呈现不规则状态，某层的承载力突变或者抗侧移刚度小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的8O％或相邻上一层的7 0％，满足《建筑抗震设计规范》中的3．4．2条规定，软件将自动地将该层指定为薄弱层；如果存在转换层，亦即竖向抗侧力构件不连续，那么无论该层刚度与上三层、上层的比值是否能够满足上述规定，楼层的承载能力是否发生突变，都将该层判定为薄弱层。
其次，关于薄弱层的处理。由于薄弱层对抗震极为不利，所以在原则上应该是极力加以避免的，而避免薄弱层出现的最基本的方法是增大该层的抗侧移刚度，即为加大该层的梁截面或者柱截面。若是条件允许，可以减少基础埋置深度或者改变该层的层高。如果薄弱层的出现在所难免，那么在结构计算和出图时必须依照《建筑抗震设计规范》中第3．4．3．2条及第5．5．2条至第5．5．5条的规定进行相应处理，即首先将薄弱层地震剪力乘以1．15，然后进行结构的楼层屈服强度系数验算。验算可以通过楼层屈服强度系数的计算来进行，若是地震强度在7—9度之间的地区，结构楼层屈服强度系数小于0．5，那么还应该对结构组织弹塑性变形的验算。如果验算结构均不能满足相应要求，还需对结构布置进行重新的调整。
3．短柱问题
短柱是指在多层建筑的框架结构中柱净高与柱截面剪跨比小于等于2或者高度小于等于4的柱。在地震强烈作用下，短柱往往会发生脆性破裂的现象，这是因为短柱变形能力和受承载能力不足。短柱在地震时会对建筑物带来严重的破坏，所以在设计时应该予以全力地避免。具体来讲，短柱形成的原因主要有两类：一是填充墙的设置不当，导致建筑中某层框架柱两侧出现一部分有填充墙、一部分无填充墙的情况，而无填充墙的柱净高与柱截面之比往往小于等于4；二是楼梯问半休息平台或者结构局部的错层导致两个框架梁之间的框架柱净高较小而形成的短柱。针对其形成原因，短柱的处理主要以增加柱的抗剪承载力及其抵御变形的能力，通常在工作实践中采用复合箍的方式来处理，将箍筋沿全高加密：还可以保证短柱纵向钢筋对称的方式、配X形钢筋、外包钢板等方式来处理短柱问题。
4．框架梁柱偏心问题
由于建筑专业技术的要求，在实际工程中外墙应该保持与柱边的平齐。为了保证这一点，设计人员往往选择框梁挑耳的方式或者梁柱偏心的方式。如果设计人员选择前者，则能够保障框架柱中心与框架梁的对齐，有利于柱和梁的受力，但是这样的方式也存在一个问题，即难以锚固填充墙的构造柱上下纵筋，当然此问题已经在实践中得到了较好的解决；如果设计人员采用粱柱偏心的方式，那么在地震作用下梁柱节点核芯区受剪面积往往会出现不足，并为柱带来扭转效应，所以在进行外框架梁设计时，建议采用挑耳的方式来解决外填充墙偏心的难题。
5．应用平法图集问题
当前，大部分多层建筑框架结构设计中均以《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》(03Gl0卜1)的平法表示剪力墙、柱、梁的配筋，因此在应用平法图集时应该注意以下问题：
第一，如果以剖面列表法表示框架柱的配筋，应该注意每层楼面标高以下的箍筋加密区长度应为规范规定的箍筋加密区长度(柱截面高度、l／6柱净高、5 00mgl中的较大值)与框架梁高之和。由于软件出图没有将梁高加入加密区长度，所以如果施工人员直接按照出图施工将会导致箍筋加密区高度不够的情况；第二，在主体结构浇筑完毕后才进行一层建筑地面的施工，若是一层建筑地面属于刚性地面，那么依照《建筑抗震设计规范》中的第6．3．1 0．2条规定，柱箍筋在刚性地面上下各500mm范围内应加密。此点在施工过程中容易被忽视，所以设计人员在图纸中应该予以明确提醒：第三，在框架结构中，设计人员应该按照平法图集第68页的专门说明明确交待井字梁支座上部纵筋的外伸长度；最后，如果框架梁设置三排纵筋，则建议调整纵筋直径或者梁截面将其改为两排，否则设计人员应该明确指出第三排纵筋的外伸长度。
综上所述，多层建筑结构框架结构设计过程比较复杂，其中涉及各种力学原理，上文阐述的基本问题是多层框架结构设计过程中的常见问题，诚然在实际工程中我们会遇到更多的、更为复杂的问题，这就要求我们建筑设计人员善于总结经验、教训，将各种新问题、新发现和新思路展现出来与广大同仁一起探讨，同时为实际的多层框架设计工作提供借鉴与参考，以免在设计过程中出现问题，给人民生命和社会经济带来重大损害。
关键词：建筑结构;框架结构;结构设计
在现代多层建筑设计领域，框架结构设计无论是在保障建筑安全还是在保证建筑外观形态方面都占有重要战略位置。设计多层框架结构，设计人员应首先判断结构方案的可行性，对可能碰到的问题提前采取措施予以解决，并对所有计算结构认真分析、判断，准确无误后方可应用于实际工程。鉴于此下文在阐述多层建筑结构设计中框架结构的常见问题的基础上提出了对应的解决措施。
1．基础系梁的设置问题
建筑框架结构设计在基础梁设置方面的问题主要表现在埋置深度问题。如果基础梁埋置深度过深，则可采用基础系梁的方式减少底层柱的计算长度。若是工程条件符合《建筑抗震设计规范》的6．1．1 l条规定，同样需要设置基础系梁。同时，依照建筑物的抗震要求，建议沿着两个主轴的方向设置基础系梁，其中所构造的基础系梁的纵向受力钢筋可以取所连接柱的最大轴力设计值的百分之十作为压力或者拉力来加以计算，截面高度可以取连接柱中心距离的1／1 2～1／1 5。满足最小配筋率是构造配筋的基本条件，当基础系梁上作用有楼梯柱或者填充墙时传来的荷载时，应该将相应值提升至与所连接柱子最大轴力设计值的百分之十的叠加。同时，基础系梁截面也应该保持同步的增加，计算出配筋应满足的构造和受力要求。基础系梁顶标高的构造与基础顶标高一样。此外，可以用混凝土将基础梁下雨独立基础的锥形斜坡或者台阶之间的空隙部分浇筑，使其与基础项面齐平之后再浇筑基础系梁。如果以基础系梁来进行柱底弯矩的平衡，那么应该按照框架梁来设计配筋和基础系梁的截面尺寸。此时，应该全部拉通拉梁正弯矩钢筋，至少应在1／2跨拉通负弯矩钢筋，基础系梁纵筋的抗震要求、箍筋的加密以及框架柱内的锚固应该与上部框架梁相同，而且此时要在基础梁顶部设置拉梁。总之，若是不设置基础系梁，则可以素混凝土条形作为填充墙的基础；若是设置基础拉梁，则适合在框架柱之间设置，对于不在框架柱之间的墙体可以素混凝土基础。
2．框架结构薄弱层的判定与处理问题
所谓薄弱层是指结构在强烈地震影响下出现屈服并产生较大弹塑性位移的建筑部位。通常来讲，这些部位的承载能力是可以满足抗震承载力要求，但是如果地震强度大于一定级别，就会出现薄弱层。关于薄弱层，主要存在判定与处理两个方面的问题：首先，关于薄弱层的判定。个人指定、计算判断和强制指定是框架结构薄弱层判定的主要方式。通常，在sATwE软件中，设计人员依照个人经验或者《建筑抗震设计规范》中的5．5．4条规定可以直接判定哪一层属于薄弱层；软件在计算过程中，若是结构的抗侧移刚度呈现不规则状态，某层的承载力突变或者抗侧移刚度小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的8O％或相邻上一层的7 0％，满足《建筑抗震设计规范》中的3．4．2条规定，软件将自动地将该层指定为薄弱层；如果存在转换层，亦即竖向抗侧力构件不连续，那么无论该层刚度与上三层、上层的比值是否能够满足上述规定，楼层的承载能力是否发生突变，都将该层判定为薄弱层。
其次，关于薄弱层的处理。由于薄弱层对抗震极为不利，所以在原则上应该是极力加以避免的，而避免薄弱层出现的最基本的方法是增大该层的抗侧移刚度，即为加大该层的梁截面或者柱截面。若是条件允许，可以减少基础埋置深度或者改变该层的层高。如果薄弱层的出现在所难免，那么在结构计算和出图时必须依照《建筑抗震设计规范》中第3．4．3．2条及第5．5．2条至第5．5．5条的规定进行相应处理，即首先将薄弱层地震剪力乘以1．15，然后进行结构的楼层屈服强度系数验算。验算可以通过楼层屈服强度系数的计算来进行，若是地震强度在7—9度之间的地区，结构楼层屈服强度系数小于0．5，那么还应该对结构组织弹塑性变形的验算。如果验算结构均不能满足相应要求，还需对结构布置进行重新的调整。
3．短柱问题
短柱是指在多层建筑的框架结构中柱净高与柱截面剪跨比小于等于2或者高度小于等于4的柱。在地震强烈作用下，短柱往往会发生脆性破裂的现象，这是因为短柱变形能力和受承载能力不足。短柱在地震时会对建筑物带来严重的破坏，所以在设计时应该予以全力地避免。具体来讲，短柱形成的原因主要有两类：一是填充墙的设置不当，导致建筑中某层框架柱两侧出现一部分有填充墙、一部分无填充墙的情况，而无填充墙的柱净高与柱截面之比往往小于等于4；二是楼梯问半休息平台或者结构局部的错层导致两个框架梁之间的框架柱净高较小而形成的短柱。针对其形成原因，短柱的处理主要以增加柱的抗剪承载力及其抵御变形的能力，通常在工作实践中采用复合箍的方式来处理，将箍筋沿全高加密：还可以保证短柱纵向钢筋对称的方式、配X形钢筋、外包钢板等方式来处理短柱问题。
4．框架梁柱偏心问题
由于建筑专业技术的要求，在实际工程中外墙应该保持与柱边的平齐。为了保证这一点，设计人员往往选择框梁挑耳的方式或者梁柱偏心的方式。如果设计人员选择前者，则能够保障框架柱中心与框架梁的对齐，有利于柱和梁的受力，但是这样的方式也存在一个问题，即难以锚固填充墙的构造柱上下纵筋，当然此问题已经在实践中得到了较好的解决；如果设计人员采用粱柱偏心的方式，那么在地震作用下梁柱节点核芯区受剪面积往往会出现不足，并为柱带来扭转效应，所以在进行外框架梁设计时，建议采用挑耳的方式来解决外填充墙偏心的难题。
5．应用平法图集问题
当前，大部分多层建筑框架结构设计中均以《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》(03Gl0卜1)的平法表示剪力墙、柱、梁的配筋，因此在应用平法图集时应该注意以下问题：
第一，如果以剖面列表法表示框架柱的配筋，应该注意每层楼面标高以下的箍筋加密区长度应为规范规定的箍筋加密区长度(柱截面高度、l／6柱净高、5 00mgl中的较大值)与框架梁高之和。由于软件出图没有将梁高加入加密区长度，所以如果施工人员直接按照出图施工将会导致箍筋加密区高度不够的情况；第二，在主体结构浇筑完毕后才进行一层建筑地面的施工，若是一层建筑地面属于刚性地面，那么依照《建筑抗震设计规范》中的第6．3．1 0．2条规定，柱箍筋在刚性地面上下各500mm范围内应加密。此点在施工过程中容易被忽视，所以设计人员在图纸中应该予以明确提醒：第三，在框架结构中，设计人员应该按照平法图集第68页的专门说明明确交待井字梁支座上部纵筋的外伸长度；最后，如果框架梁设置三排纵筋，则建议调整纵筋直径或者梁截面将其改为两排，否则设计人员应该明确指出第三排纵筋的外伸长度。
综上所述，多层建筑结构框架结构设计过程比较复杂，其中涉及各种力学原理，上文阐述的基本问题是多层框架结构设计过程中的常见问题，诚然在实际工程中我们会遇到更多的、更为复杂的问题，这就要求我们建筑设计人员善于总结经验、教训，将各种新问题、新发现和新思路展现出来与广大同仁一起探讨，同时为实际的多层框架设计工作提供借鉴与参考，以免在设计过程中出现问题，给人民生命和社会经济带来重大损害。