對民用建筑多層框架結構設計的概述

王曉敏

【摘要】本文介紹了多層框架結構設計的問題、設計方法以及注意問題，以供參考。

【關鍵詞】建筑；多層框架；設計問題；措施；注意問題

中圖分類號：TS958文獻標識碼： A

一、前言

當前建筑的造型和功能日益增加，形式也日益多樣化。特別是民用建筑，人們更加追求實用性和個性。因此，要加強對民用建筑的結構設計，使其滿足人們的功能需求。

二、多層框架結構設計的存在問題

1、計算簡圖不合理

隨著民用建筑的發展，設計方面的要求也在不斷提高。但是多層框架結構設計也遇到許多問題，其中最明顯的一個問題就是計算簡圖非常不合理，不合理的簡圖嚴重影響了工程質量。具體地講，由于民用建設大多數都屬于多層框架結構，建筑的獨立基礎計算方法主要是按中心受壓來計算的，根本沒有考慮到有無地下室等其他因素。最后實施的民用建筑表明，此種方式下的中心受壓計算不科學，存在嚴重問題。究其原因，對于民用建筑來說，其中多層框架結構拉梁，無法平衡柱腳彎矩。如果設計拉梁層，底層柱的配筋也無法斷定是由哪種截面控制來決定。也就是說，在民用建筑多層框架結構計算簡圖極不合理的情況下，這種設計方法將會影響民用建筑多層框架設計的安全與穩定性。

2、柱配筋調整不合理

從民用建筑的整個框架結構設計上看，大部分柱配筋的調整也極不合理。主要是由于多層框架柱的配筋率低，而且是普遍較低。另外值得思考的是，在實際民用建筑工程施工過程中，還存在大部分人按照設計的電算結果構造配筋。這種現象更進一步加劇了民用建筑結構框架柱配筋的調整出現問題，不合理的調整最終會影響建筑的質量問題。比如一旦遇到地震，框架柱將會受到巨大的扭轉剪力，并受其雙向彎矩的巨大作用沖擊，進而損傷橫梁和內柱。如果有的框架質量不夠均勻，受到的損壞則會更大。除此以外，在民用建筑多層框架電算的過程中，配筋調配的不合理性還會引起溫度和基礎不均，使結構部位發生沉降現象，最終使多層框架柱直接影響到實際民用建筑整體的結構框架。

3、忽視梁裂縫寬度

在目前的民用建筑多層框架結構設計過程中，經常會出現框架梁的裂縫寬度問題。而且這種問題對整個建筑的影響非常大，主要在民用建筑多層框架結構工程師的設計。設計人員往往會忽視框架梁裂縫寬度，使之此類現象接連不斷地發生。實際上，民用建筑多層框架結構的框架梁的裂縫寬度受混凝土影響深重，特別是受混凝土的強度等級的影響較大。此外，還與框架結構的鋼筋直徑和類型因素有關，這主要是由于框架梁裂縫寬直接關聯著混凝土的強度和鋼筋。但是設計人員根本沒有在意這個方面，似乎這個結構部位無關緊要，最后造成不良后果。不難想象，一旦工程設計人員忽視了框架梁的裂縫寬度問題，民用建筑將會處于危險境地，因為這時的多層框架結構建筑無力抵抗自然災害的侵襲。

三、多層框架結構設計

1、截面尺寸的選擇

梁、柱的截面尺寸的選擇是框架結構設計的前提，除應滿足規范《混凝土結構設計規范GB50010-2002》所要求的取值范圍，還應注意盡可能使柱的線剛度與梁的線剛度的比值大于1，以達到在罕遇地震作用下，梁端形成塑性鉸時，柱端處于非彈性工作狀態而沒有屈服，節點仍處于彈性工作階段的目的。即規范所要求的“強柱弱梁強節點”。

2、梁、柱的適宜配筋率

框架梁的配筋在設計中應掌握“適中”的原則，一般情況下其配筋率宜取0.4%～1.5%框架柱的全部縱向受力鋼筋的配筋率宜取1%～3%。另外當梁端的縱向受拉鋼筋最小配筋率大于2%時，其箍筋的最小直徑應增大2mm。但是無論在何種情況下，均應滿足規范《混凝土結構設計規范GB50010-2002》所規定的最大、最小配筋率的要求。

另外框架梁的縱向受拉鋼筋配筋率，應注意規范《混凝土結構設計規范GB50010-2002》與規范《混凝土結構設計規范GBJ-89》中的區別。規范《混凝土結構設計規范GBJ-89》中梁的縱向受拉鋼筋最小配筋率只和框架的抗震等級有關，而在規范《混凝土結構設計規范GB50010-2002》中梁的最小配筋率除和框架的抗震等級有關外，還和混凝土的軸心抗拉強度設計值與鋼筋的抗拉強度設計值的比值有關，所以在設計中應依據規范來確定梁的最小配筋。

3、框架柱配筋的調整

框架柱的配筋率一般都很低，有時電算結果為構造配筋，但是實際工程中均不會按此配筋。因為在地震作用下的框架柱，尤其是角柱，所受的扭轉剪力最大，同時又受雙向彎矩作用，而橫梁的約束又較小，工作狀態下又處于雙向偏心受壓狀態，所以其震害重于內柱，對于質量分布不均勻的框架尤為明顯。因此應選擇最不利的方向進行框架計算，另外也可分別從縱、橫兩個方向計算后比較同一側面的配筋，取其較大值，并采用對稱配筋的原則。為了滿足框架柱在多種內力組合作用下其強度要求，在配筋計算時應注意以下問題:

（1）角柱、邊柱及抗震墻端柱在地震作用組合下會產生偏心受拉時，其柱內縱筋總截面面積應比計算值增大25%。

（2）框架柱的配筋可放大1.2～1.6倍，其中角柱1.4倍，邊柱1.3倍，中柱1.2倍。

（3）框架柱的箍筋形式應選用菱形或井字形，以增強箍筋對混凝土的約束。

（4）對于二、三級框架的底層柱底和底部加強部位縱筋宜采用焊接，且當柱縱向鋼筋的總配筋率超過3%時，箍筋的直徑不應小于Φ8，并應焊接。另外多層框架電算時常不考慮溫度應力和基礎的不均勻沉降，當多層框架水平尺寸和垂直尺寸較大以及地基軟弱土層較厚或地基土質不均勻時，可以適當放大框架柱的配筋，且宜在縱、橫兩個方向設置基礎梁，其配筋不宜按構造設置，應按框架梁進行設計，并按規范《混凝土結構設計規范GB50010-2002》要求設置箍筋加密區。

4、框架梁裂縫寬度、斜截面配筋調整

在滿足梁柱的截面尺寸和配筋率的情況下，仍需在計算配筋后進行梁的裂縫寬度的驗算和滿足梁端斜截面“強剪弱彎”條件下的梁端配筋調整。

（1）影響裂縫寬度的因素和調整的辦法

框架梁的裂縫寬度驗算往往被工程設計人員忽視，對此應引起我們的注意。影響裂縫寬度的主要因素有兩方面，一是構件的混凝土強度等級，二是鋼筋的級別和直徑。由于混凝土等級與鋼筋的級別有一定的“依賴關系”，因此對于普通的混凝土構件，混凝土的高等級對減小梁的裂縫寬度影響不大，一般情況下宜采用加大梁的配筋率或增大梁的截面尺寸的方法來減小梁的裂縫寬度。另外需注意在利用計算機輔助軟件進行結構建模中的荷載輸入時，一定要將恒、活載數值分開輸入，以便進行內力組合和裂縫寬度的計算，不要貪圖省事而將恒、活載合并輸入，以防止梁、柱內力計算錯誤，致使所繪制的施工圖不能使用。

（2）在電算中合理、準確運用彎矩的調幅

規范規定只有在豎向力作用下梁端彎矩可調幅，水平力作用下梁端彎矩不允許調幅，因此在計算時必須先將豎向荷載作用下的梁端彎矩調幅后，再將水平荷載產生的梁端彎矩疊加。在此可采用兩種方法：一是將梁端的固定彎矩調幅后，再進行力矩分配；二是將由力矩分配法算得的梁端負彎矩直接乘以調幅系數。

四、框架結構設計中還應注意的其它問題

在框架結構中不允許采用兩種不同的結構型式，樓、電梯間、局部突出屋頂的房間，均不得采用磚墻承重，因為框架結構是一種柔性結構體系，而磚混結構是一種剛性結構。為了使結構的變形相互協調，不應采用不同結構混合受力。

加強短柱的構造措施：在工程施工過程中頂棚可能要吊頂或其它裝修。往往要求柱間填充墻不到頂或者是在墻上任意開門窗洞，這樣往往會造成短柱，由于短柱剛度大，吸收地震作用使其受剪，當混凝土抗剪強度不足時，則產生交叉裂縫及脆性錯斷，從而引起建筑物或構筑物的破壞甚至倒塌，因此在設計中應采取如下措施：

1、盡量減弱短柱的樓層約束，如降低相連梁的高度、梁與柱采用鉸接等；

2、增加箍筋的配置，在短柱范圍內箍筋的間距不應大于l00mm，柱的縱向鋼筋間距≤150mm；

3、采用良好的箍筋類型，如螺旋箍筋、復合螺旋箍筋、雙螺旋箍筋等。

由于建筑的需要，有時需要框架梁外挑，且梁下設置鋼筋混凝土柱。在柱的內力和配筋計算中，有些設計人員對其受力概念不清，誤認為此柱為構造柱，并且其配筋為構造配筋，懸臂梁也未按計算配筋，這樣有可能導致水平荷載作用下承載力不足，為事故的發生埋下隱患。實際上，在結構的整體計算中，此柱為偏心受壓構件，柱與梁端交接處類似于框架梁、柱節點，應考慮懸臂梁梁端的協調變形。所以對于此柱應作為豎向構件參與結構的整體分析，并且柱與梁端交接處應按框架梁、柱的節點處理。

五、結束語

總之，對民用建筑多層框架結構設計的時候，要保證科學性，采取有效的設計方法，保證設計質量。

參考文獻

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[2]陳瓊虹.民用建筑多層框架結構設計[J].科技與生活,2012，54(12)：85