多层框架结构设计心得

【摘 要】 结合实际工程主要论述了多层框架结构的设计心 得、 设计过程中遇到的设计问题及相应的结构措施， 提出了个 人观点， 与同行共同探讨。 【关键词】 多层框架设计；常见问题；结构措施 【中图分类号】 ＴＵ３１８＋．２ 【文献标志码】 Ｂ
这时一些设计人可能采取加大基础系梁截面尺寸 和配筋的方式，底层计算高度从基础系梁顶面算 起， 从而避免薄弱层的出现。这种做法是不对的， 避 免薄弱层的出现应采取其他的措施 （详下文） ， 因为 即使加大基础系梁的截面和配筋， 基础系梁仍不能 作为底层框架柱的嵌固端。 有的设计人认为底层框架柱有一部分埋入土 中， 考虑地基土的约束作用， 人为的将底层计算高 度从室外地面下 ５００ｍｍ 处算起。我认为这种取法 也是不对的，地基土固然对框架柱有约束作用， 但 只能是一种安全储备，而不能认为地面下 ５００ｍｍ 处为框架柱的嵌固端， 从而减少底层框架柱的计算 高度， 为结构安全使用留下隐患。 综上所述，底层计算高度应从基础顶面算起， 而不应从基础系梁顶面或室外地面下 ５００ｍｍ 处算 起。 １．２ 基础系梁的设置问题 一般工程地质情况良好时，比如新疆地区， 大 部分地基承载力特征值 !ａｋ＝２００ｋＰａ 左右，对于多层 框架结构， 可不设基础系梁。 我主要讲一下设置基础系梁时应注意的问题。 基础系梁主要有三种应用方式： 减少底层柱的计算 长度、 抗震规范要求设置、 平衡柱底的弯矩。 如果基础埋置深度较深时， 可以用基础系梁减 少底层柱的计算长度用， 在 !０．００ 以下设置， 此时
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的平面内刚度， 忽略楼板的平面外刚度。 建议如果某层洞口面积大于楼层面积的 ３０％ 以上时， 应将全楼所有楼板定义为弹性膜比较符合 实际， 也可以将该层洞口边缘节点定义为弹性节点 （即不考虑楼板的刚度） ；如果屋面为刚网架时， 应 输入一板厚， 定义为弹性膜， 真实计算楼板的平面 内刚度， 比较符合实际。 在正确定义了弹性节点或弹性膜后， 在后续计 算中必须采用总刚计算法， 否则侧刚计算法仍按刚 性楼板计算结构内力和配筋， 计算时应特别注意这 一点。 １．５ 框架梁柱偏心问题 在实际工程中，由于建筑专业需要，外墙与柱 边平齐， 这样框架梁要么设挑耳， 要么与柱偏心， 设 计人往往不知选择那种方法。 如果框架梁设挑耳， 可以保证框架梁与框架柱 中心对齐， 对梁、 柱受力均有利， 但往往会出现这样 一个问题， 即填充墙的构造柱下部与上部纵筋不好 锚固， 我一般是这样处理的， 如图 １ 所示。
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结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详 图》 ０３Ｇ１０１－１ 的平法表示梁、 柱、 剪力墙的配筋， 在 使用图集时宜注意以下问题。 框架柱如果采用剖面列表法表示配筋时， 应注 意每层楼面标高以下的箍筋加密区长度应为框架 梁高与规范规定的箍筋加密区长度 （１／６ 柱净高、 柱 截面高度、 ５００ｍｍ 中的较大值） 之和，因为 ＰＫＰＭ 软件出图时加密区长度没有包含梁高， 而施工人员 如照图施工时，往往会造成箍筋加密区高度不够。 另外， 由于一层建筑地 面 是 在 主 体 结 构 浇 筑 完 毕 后才施工的，如果一层地面为刚性地面，根据 柱箍 《建 筑 抗 震 设 计 规 范》 第 ６ ． ３ ． １０ ． ２ 条 规 定 ， 筋 在 刚 性 地 面 上 下 各 ５００ｍｍ 范 围 内 应 加 密 ， 这 一 点往往被施工单位忽视， 设计人应在设计图纸中 有明确交待。 在框架结构中， 井字梁支座上部纵筋的外伸长 度应交待， 平法图集第 ６８ 页有专门说明， 设计人应 明确指出。此外，由于梁截面 过 小 或 承 载 力 较 大 时， 框架梁如设三排纵筋， 建议调整梁截面或纵 筋直径改为两排， 否则， 第三排纵筋的外伸长度 应 交 待。 １．９ 非结构构件设计 根据 《建筑抗震设计规范》 第 ３．７．１ 条规定， 非 结构构件， 包括建筑非结构构件和建筑附属机电设 备、 自身及其与结构主体的连接， 应进行抗震设计。 比如框架结构中女儿墙构造柱的设置， 尤其注意女 儿墙高度大于 １．０ｍ 时， 应注意采取结构构造措施， 保证女儿墙的稳定； 还有建筑装饰用的砌块柱的稳 定性、 突出屋面的小构架内力与配筋 （应与主体结 构一起输入计算） 。 《建筑抗震设计规范》 第 １３ 章对 此有专门规定， 设计人遇到类似工程应严格遵守此 规定。 突出屋面的屋顶间、 女儿墙、 烟囱的地震作用 效应，宜乘以增大系数 ３，此增大部分不应往下传 递， 但与该突出部分相连的构件应计入， 具体详见 《建筑抗震设计规范》 第 ５．２．４ 条的规定。框架结构 中突出屋面的电梯间、 楼梯间、 水箱间应采用框架
ａ 框架梁
ｂ １—１
图 １ 框架梁柱偏心的处理方式
如果将框架梁与框架柱偏心，在地震作用下， 往往会导致梁柱节点核芯区受剪面积不足， 并对柱 带来扭转效应， 并且 《建筑抗震设计规范》 第 ６．１．５ 条对梁的偏心距做了专门地规定。 因此， 我建议外框架梁宜采用设挑耳的方法解 决外填充墙偏心的问题。 １．６ 短柱 在框架结构中，如果柱净高与柱截面高度之 比!４ 或剪跨比!２， 那么该柱为短柱。 短柱在地震作用下， 容易发生脆性破坏， 因为
构造柱纵筋 构造柱纵筋
短柱的受剪承载力及变形能力不足， 会引起建筑物 的严重破坏， 设计上应尽可能的避免。 短柱的形成主要有两种原因， 一是由于楼梯间 半休息平台或结构局部错层造成两个框架梁之间 的框架柱净高较小引起的，二是填充墙设置不当， 造成某层的框架柱两侧一部分无填充墙， 一部分有 填充墙， 无填充墙的柱的净高与柱截面高度之比往 往!４， 形成短柱。 处理短柱主要是增加柱的抗剪承载力及改善 其变形能力， 一般采用复合箍筋， 箍筋沿全高加密； 保证短柱的纵向钢筋对称布置， 且每侧的纵向钢筋 配筋率不宜大于 １．２％ 的方式处理，也可以采用外 包钢板、 配 Ｘ 形钢筋等方式处理。 １．７ 部分计算参数的合理选用 １） 梁扭矩的折减 现浇框架结构中， 如果梁两边没有楼板或有弧 如果梁 两侧均有 形梁时， 扭矩折减系数应为 １．０； 楼板，应对梁的扭矩进行折减，折减系数一般为 ０．４。 对于一般工程， 梁的配筋应计算两次， 一次对所 有梁的扭矩折减，计算出两侧都有楼板的梁的配 筋， 另一次对所有的梁的扭矩不折减， 计算出一侧 有楼板或两侧都没有楼板的梁的配筋， 这样计算结 果比较符合实际。这一点设计人应引起重视。 ２） 梁端负弯矩调整系数与梁弯矩放大系数 结构计算时， 框架梁在竖向荷载作用下， 梁端 负弯矩往往很大， 造成钢筋太密， 无法施工； 同时， 由于框架结构一般为超静定结构， 框架梁在达到承 载能力极限状态之前， 总会产生不同程度的塑性内 力重分布， 因此可以适当降低框架梁在竖向荷载作 用下的负弯矩，通过平衡条件相应增大梁跨中弯 矩。注意： 这里只是降低梁在竖向荷载作用下的负 弯矩， 然后再与水平作用产生的弯矩组合设计。 而梁弯矩放大系数仅在没有考虑梁的活荷载 不利布置时起作用，并且对梁的正负弯矩均起作 用，且不可与考虑梁的活荷载不利布置同时考虑， 这样会引起梁弯矩增大， 造成材料浪费。 １．８ 应用平法图集应注意的问题 现在大部分地区的框架结构一般都用 《混凝土
建筑与结构设计
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【文章编号】 １００７－９４６７ （２００６） １０－００２４－０４
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多层框架结构设计心得
! 孙 海 涛 ， 张 芳 ， 杨龙斐
（新 疆 时 代 石 油 工 程 有 限 公 司 规 划 建 筑 分 公 司 ， 新 疆 克 拉 玛 依 ８３４０００）
１ 设计心得
１．１ 底层计算高度如何取 按 《混凝土结构设计规范》 （ＧＢ ５００１０－２００２） 第 ７．３．１１ 条的规定， 底层框架柱的高度从嵌固端算起。 实际工程的底层计算高度一般可能会有三种取法： 从基础顶面算起、 从基础系梁顶面算起、 从室外地 面下 ５００ｍｍ 处算起。 框架结构的基础一般为独立基础或条形基础， 一般情况下底层计算高度从独基或条基顶面算起 是没有任何问题的。 但有的工程独立基础之间设基础系梁， 那么底 层计算高度是否可以从基础系梁顶面算呢？我认为 肯定不行， 最简单的道理， 基础系梁不是框架柱的 嵌固端。一些设计者可能会碰到这种情况， 如果底 层计算高度从基础顶面算起， 底层的抗侧移刚度可 能小于上一层刚度的 ７０％， 或小于上三层抗侧移刚 度 平 均 值 的 ８０％ ， 根 据 《建 筑 抗 震 设 计 规 范》 （ＧＢ５００１１－２００１） 第 ３．４．３ 条， 底层为薄弱层； 如果计 算高度从基础系梁顶面算，底层可能不是薄弱层。
软件在计算时，如果结构的抗侧移刚度不规 或 则，某层的抗侧移刚度小于相邻上一层的 ７０％， 小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的 ８０％， 或 楼层承载力突变， 满足 《建筑抗震设计规范》 第 ３．４．２ 条竖向不规则的规定， 软件自动将该层指定为薄弱 层； 如果结构存在转换层， 即竖向抗侧力构件不连 续， 那么不管该层刚度与上层或上三层的比值是否 满足规范要求，或楼层承载力是否满足规范要求， 必须强制认为该层为薄弱层。 １．３．２ 如何处理薄弱层 薄弱层是对抗震极为不利的结构层， 原则上应 避免出现薄弱层。 避免出现薄弱层的最基本方法是加大该层的 抗侧移刚度， 即加大该层的柱截面或梁截面； 如果 条件允许， 可以改变该层层高或减少基础埋置深度。 但无法避免出现薄弱层时， 在结构计算和出图 时必须按照规范规定采取相应的措施。根据 《建筑 抗震设计规范》 第 ３．４．３．２ 条及第 ５．５．２ 条 ￣ 第 ５．５．５ 条的规定， 除对薄弱层的地震剪力乘以 １．１５ 倍的放 大系数外， 还应对结构的楼层屈服强度系数进行验 算。楼层屈服强度系数为按构件实际配筋和材料强 度标准值计算的楼层受剪承载力和按罕遇地震作 用标准值计算的楼层弹性地震剪力的比值。如果在 地震烈度 ７ 度 ￣９ 度地区的结构楼层屈服强度系数 小于 ０．５ 时， 应对结构进行弹塑性变形验算， 符合表 ５．５．５ 的规定。如果不符合上述要求， 必须对结构布 置进行调整。 １．４ 楼板开大洞结构计算注意问题 楼板开洞的结构比较普遍， 如果开洞面积大于 该层楼面面积的 ３０％ ， 就属于平面不规则了， 计算 时必须进行处理。以 ＰＫＰＭ 软件为例来说， ＴＡＴ 和 ＳＡＴＷＥ 分别采用了两种方式进行处理。ＴＡＴ 软件 是将无楼板的节点定义为弹性节点， 也就是表明该 节点不受刚性楼板假定的限制， 其平动自由度独立 （在这里所指的节点为梁柱交点） ； ＳＡＴＷＥ 软件是 将所有楼板定义为弹性膜， 由软件真实的计算楼板
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系梁宜按一层框架梁进行设计， 同时系梁以下的柱 应按短柱处理。 如果工程条件符合 《建筑抗震设计规范》第 ６．１．１１ 条规定， 应设基础系梁。根据抗震要求， 可沿 两个主轴方向设置构造基础系梁。基础系梁截面高 度可取柱中心距的 １／１２￣１／１５ 之间。构造基础系梁 的纵向受力钢筋可取上述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 筋时， 应满足最小配筋率； 当基础系梁上作用有填 充墙或楼梯柱等传来的荷载时， 应与所连接柱子的 基础系梁截面也 最大轴力设计值的 １０％叠加计算， 应适当增加， 算出的配筋应满足受力要求和构造配 筋要求。构造基础系梁顶标高通常与基础顶标高相 同。为减少基础系梁计算跨度， 可以将基础梁下与 独立基础的台阶或锥形斜坡之间的空隙部分用与 素砼浇筑至与基础顶面平齐， 再浇筑基础系梁。 如果用基础系梁平衡柱底弯矩， 基础系梁的截 面尺寸与配筋应按框架梁设计， 这时， 拉梁正弯矩 钢筋应全部拉通， 负弯矩钢筋至少应在 １／２ 跨拉通， 基础系梁的纵筋在框架柱内的锚固、 箍筋的加密及 其余抗震构造要求应与上部框架梁完全相同， 且此 时拉梁应设置在基础顶部。 综上所述， 如不设置基础系梁， 填充墙可以采 用素砼条形基础； 如设置基础拉梁， 宜在框架柱之 间设置， 对于不在框架柱之间的墙体基础可采用素 混凝土基础。 １．３ 框架结构薄弱层的判定与处理 薄弱层是指在强烈地震下， 结构首先屈服并产 生较大弹塑性位移的部位， 这些部位的承载力是满 足设计地震作用下抗震承载力要求的。只有在地震 烈度大于等于 ７ 度地区才会出现。 １．３．１ 如何判断薄弱层 对于薄弱层的判断， 有个人指定、 计算判定、 强 制认为三种方式。 在 ＰＫＰＭ 的 ＳＡＴＷＥ 软件里， 设计人根据 《建 筑抗震设计规范》 第 ５．５．４ 条规定或个人经验可以 直接指定哪一层为薄弱层；