多层钢筋混凝土框架结构设计中应注意的问题

多层钢筋混凝土框架结构设计中应注意的问题

刘光福

刘光福（黑龙江恒久建设工程有限责任公司，黑龙江鸡西158100）

摘要：随着我国现代建筑造型与功能的日趋多样化，无论是民用建筑还是工业建筑，在结构设计中总会遇到各类难题，尤其在框架结构设计中还必须注意一些看似简单，却容易忽视的问题。通过分析多层钢筋混凝土框架结构的设计要求，针对计算过程中应注意的问题进行探讨，以期通过本文的阐述使我们对框架结构梁、柱、板以及结构体系中的一些注意点有清晰的认识，使设计的工程既经济又合理。

关键词：多层钢筋混凝土；框架结构；设计；工程

1多层钢筋混凝土框架结构的设计要求

1.1强柱弱梁节点设计

为了实现在罕遇地震作用下，让梁端形成塑形铰，柱端处于非弹性工作状态，而没有屈服，但节点还处于弹性工作阶段，强柱弱梁措施的强弱，也就是相对于梁端截面实际抗弯能力而言柱端截面抗弯能力增强幅度的大小，是决定由强震引起柱端截面屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动能力，而且不致形成“层侧移机构”，从而使柱不被压溃的关键控制措施，柱强于梁的幅度大小取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小，以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布和动力特征的相应变化。因此，当建筑许可时，尽可能将柱的截面尺寸做得大些，使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1，并控制柱的轴压比满足规范要求，以增加延性。验算截面承载力时，人为地将柱的设计弯矩按强柱弱梁原则调整放大，加强柱的配筋构造。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高，以免在罕遇地震中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到立柱上。注意节点构造，让塑性铰向梁跨内移。

1.2强剪弱弯剪力墙设计

为了提高抗震墙的变形能力，避免发生剪切破坏，对于一道截面较长的抗震墙，应该利用洞口设置弱连梁，使墙体分为小开口墙、多肢墙或单肢墙，并使每个墙段的高宽比不小于2。所谓弱连梁，是指在地震作用下各层连梁的总约束弯矩不大于该墙段总地震弯矩的20％；连梁不能太强，以免水平地震作用下某个墙肢出现全截面受拉，这是比较危险的。但是，考虑到耗能，连梁又不能太弱，连梁弱到成为一般小梁时，墙肢就变成单肢墙，而单肢墙的延性很差，仅为多肢墙的一半，且单肢墙仅具有一道抗震防线，超静定次数少，在地震作用下是很不利的。目前，有许多设计人员将结构中门洞连件，这对结构抗震是很不好的，在实际设计中，对连梁的刚度都要进行折减，这是因为剪力墙的刚度一般都很大，在水平力作用下，剪力墙中的连梁会因为很大的内力而超过截面允许值，可靠的办法是让这些连梁先屈服，要使连梁能形成塑性铰而不发生脆性破坏，连梁首先就必须满足强剪弱弯的要求，对连梁的刚度进行折减实际上就是降低其抗弯能力。

强剪弱弯是保证构件延性，防止脆性破坏的重要原则，它要求人为加大各承重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力，使这些部位在结构经历罕遇地震的过程中以足够的保证率不出现脆性剪切失效。对于多层钢筋混凝土框架结构中的多层钢筋混凝土框架结构梁应注意抗剪验算和构造，使其满足相关规范要求。

2多层钢筋混凝土框架结构计算中应注意的问题

2.1独立基础设计的荷载取值

钢筋混凝土多层框架房屋的基础形式多采用的是柱下独立基础。在基础设计中，合理地选取荷载设计值，是基础结构设计的重要环节。实际工作中，常会出现2种情况：①依据GB50011-2001《建筑抗震设计规范》第4.2.1条指出的“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基础荷载相当的多层框架厂房，可不必进行天然地基和基础的抗震承载力验算”的要求，忽略风荷载的影响；②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、弯矩设计值而无剪力设计值，甚或只取轴力设计值。工程设计实践证明，这2种情况的设计结果都会导致基础尺寸偏小、配筋偏少。如果在涉及混凝土多层框架房屋的整体计算分析中输入风荷载，让轴力设计值、弯矩设计值和剪力设计值共同作用于柱脚，基础本身及其上部结构的安全就更为可靠。

2.2基础拉梁层计算模型的选定

用TAT或SATWE等电算程序进行框架整体计算时，对于基础拉梁层无楼板的情况下，楼板厚度应取0，并定义弹性节点，用总纲分析方法进行分析计算，当房屋平面不规则时，虽然楼板厚度取0，也定义弹性节点但未采用总纲分析，程序分析时却自动按刚性楼面假定进行计算，这与实际情况不符，设计过程中要特别注意这一点。

2.3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等，其抗震等级可根据烈度、结构类型和房屋的高度按《建筑抗震设计规范》表6.1.2确定，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，可首先根据GB50223-2004《建筑抗震设防分类标准》确定其中哪些建筑属于乙类建筑（可能还有甲类建筑，本文不涉及）。若为丙类建筑，其地震作用均按本地区抗震设防烈度计算；若为乙类建筑，一般情况下，当抗震设防烈度为Ⅵ～Ⅷ度时，抗震措施应符合本地区抗震设防烈度提高I度的要求。例如，位于Ⅷ度地震区（如北京）的乙类建筑，应按Ⅸ度由《建筑抗震设计规范》表6.1.2确定其抗震等级为一级；当Ⅷ度乙类建筑的高度超过表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。

2.4地震力的振型组合数

地震力的振型组合数，对高层建筑，当不考虑扭转耦联计算时，至少要取3；当振型数多于3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。对于不规则的结构，当考虑扭转耦联时，对高层建筑，振型数应取>19：结构层数较多或结构刚度突变较大，振型数应多取。如结构有转换层、顶部有小塔楼、多塔结构等，振型数应取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，且采用总刚分析，必要时振型数才可以取得较少。《建筑抗震设计规范》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。有些设计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，对于耦联计算，可在必要时补充非耦联计算。

3结论

以上主要阐述了多层框架结构在设计过程中应注意的基本问题，当然实际工程可能会遇到更多问题，在此不再赘述。设计多层框架结构，设计人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，并对所有计算结果认真分析、判断，准确无误后方可应用于实际工程。