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多层建筑结构设计中框架结构问题思考李欣

发表时间：2020/6/19 来源：《基层建设》2020年第5期作者：李欣

[导读] 摘要：为解决人民群众不断增长的建筑需求与有限土地资源之间的矛盾，我国建筑领域中的建筑类型开始逐渐朝着多层、高层乃至超高层建筑方向发展。

        广东省建筑设计研究院广东省建院施工图审查中心广东省广州市 510010
        摘要：为解决人民群众不断增长的建筑需求与有限土地资源之间的矛盾，我国建筑领域中的建筑类型开始逐渐朝着多层、高层乃至超高层建筑方向发展。但在此类建筑结构设计中，因受到建筑自身实际以及相关人员设计理念保守等多种因素的影响，导致在多层建筑结构设计的框架结构中还存在一定问题。因此本文将结合具体建筑工程实例，重点针对多层建筑结构设计中的框架结构问题提出几点思考。
        关键词：多层建筑；建筑结构设计；框架结构
        引言
        多层建筑结构中的框架结构指的就是一种组成部分主要为梁与柱的承重结构，将框架结构运用在多层建筑结构中，不仅可有效起到承重的重要作用，同时也具备分隔、保护等多重功能。因此保障多层建筑结构中的框架结构设计合理，也是确保整体建筑具有良好的质量性能的重要前提。本研究可为实现多层建筑结构中的框架结构优化设计，提供必要理论依据与实践参考。
        一、工程概况
        为有效说明多层建筑结构设计中的框架结构，本文选择以某地区的高层建筑结构设计项目为例。在该建筑项目中，其层高为6层，其中地下1层地上5层，建筑总高度超过19m。在本建筑项目中其结构设计采用钢筋混凝土框架结构，桩基础设计采用人工挖孔灌注桩，按照相关规定要求，该建筑项目的结构安全等级为二级，结构重要性系数为1.0。建筑防水与耐火等级均为一级（I级），建筑抗震设防烈度与结构抗震等级分别为6度与四级，建筑结构阻尼比为0.05.
        由于框架结构中，框架柱与梁作为主要受力构件，而混凝土与钢筋在力学性能上存在明显差异，混凝土变形量并不大，在受压较大的情况下容易出现完全破碎的情况。钢筋受拉在屈服直至被完全拉断过程中，具有良好的延性，因此需要设计人员对建筑结构中的钢筋混凝土框架结构进行合计设计，使其框架梁与柱的界面均能具有良好性能，确保建筑框架结构的抗震性可以与相关规定要求相符。
        二、多层建筑结构设计中的框架结构问题及解决措施
        （一）基础系梁设计
        在本建筑工程项目的框架结构设计中，当基础埋深相对较大时，需要设计人员充分结合基础系梁底层柱计算长度，从而科学设置系梁。例如当基础埋深为±0.00时，设计人员在系梁布设时需要将一层框架梁作为参照，并依托短柱对系梁下方的柱体进行科学设计，在保障各项工程条件均与规定要求相符合的前提下，规范完成基础系梁设计即可。在本工程中，设计人员应遵循工程抗震设计规定，将基础系梁设在两个主轴方向上，并将基础系梁界面高度控制在1/12至1/15柱中心距，连接柱轴力设计最大值的10%即为基础系梁纵向受力钢筋及其拉力值。设计人员通过充分结合工程实际，适度调整基础系梁界面，并保障系梁顶标高与基础顶标高相一致即可[1]。
        考虑到基础系梁跨度计算同样会对整个框架结构性能产生直接影响，因此为了避免建筑环境、设计方式错误等因素导致基础系梁设计跨度与实际框架结构要求不相符，在本工程中，设计人员选择采用素混凝土对基础梁、独立基础台阶等空鼓位置进行浇筑施工。要求其浇筑高度需与基础顶端持平，而后再进行基础系梁浇筑。对于部分无需设置基础系梁的建筑框架结构，设计人员在填充墙设置时，可根据实际情况选用素混凝土条形基础，并将填充墙设置在框架柱之间。

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        （二）楼板开洞设计
        在多层建筑结构设计中的框架结构中，经常会出现楼板开洞结构，当该结构开阔面积至少为30%的楼层面积时，即存在不规则平面，此时如果设计人员仍然采用传统设计方式，人工计算楼板开洞结构，不仅有可能出现较大的计算误差，同时也使得设计人员需要承担较大的计算量，不利于整体多层建筑框架结构设计效率的提升。因此针对楼板开洞结构设计，工作人员可以在立足工程实际的基础上，灵活运用专业的工具软件如PK-PM与TAT等，先运用TATA软件设置弹性节点即无楼板节点，该节点可不受刚性楼板制约，具有良好的独立性。如果选择钢网架结构，此时设计人员在运用TAT软件时需要将板厚值输入其中，该值即为弹性模，再利用软件中自带的计算功能对楼板平面刚度进行快速、准确计算。另外，为有效保障计算结果的精准性，设计人员还需要在对弹性节点、弹性模进行统一明确后，引入总刚度计算法，并根据实际刚性楼板对结构内力与配筋进行精准计算，由此确定最合理的楼板开洞结构。
        （三）框架梁柱偏心
        多层建筑框架结构设计当中，按照相关规定要求，外墙高度需和柱边高度完全相同。但采用该种设计方式下势必会出现挑耳或是柱偏心的情况，如果将挑耳设置在框架梁中，虽然能够使得框架梁与柱中心相重合，为梁柱机构受力创造良好条件，但受此影响，填充墙柱构造下方及上方纵筋锚固则难以获得理想效果。如果设计人员采用框架梁与柱的偏心设计形式，则一旦出现地震，建筑梁柱节点核心区域将会出现受剪面积与规定建筑设计要求不相符的情况，并产生强烈柱扭转效应，此时将会直接影响多层级框架结构的稳定性与安全可靠性[2]。因此在解决该问题时，设计人员需要坚持以工程实际为基础，在认真参照相关设计规范的基础上，将挑耳设置在多层建筑外框架梁的指定位置处，利用挑耳对外墙偏心进行有效控制。
        （四）短柱优化设计
        通常情况下，在多层建筑框架结构当中，当柱净高及其截面高度在4以内，或是剪跨比在2以内时，即可判断该柱为短柱。一旦出现地震，短柱因其具有较高的易脆性，故而极有可能被彻底压碎，无法充分发挥其应有承重效用，最终导致建筑物自身质量结构受损。而导致短柱形成，一方面与多层建筑楼梯间半休息平台或其他结构位置处存在错层现象有关，导致相邻框架梁之间，框架柱净高难以达到规定设计标准。另一方面也与填充墙设置不当有关，当填充墙未能按照相关标准要求，设置在框架柱两侧位置处或是填充墙的柱净高与截面面积比在4以内，同样会导致短柱出现。因此为有效解决该框架结构问题，在本工程中，设计人员首先通过与工程实际进行充分结合，对柱抗剪承载力进行适当提升，以此有效强化柱的抗变形性能。其次，设计人员还将复合箍筋运用在该多层建筑框架结构设计中，箍筋沿全高加密呈对称结构布置[3]。任意一侧纵向钢筋均要求其配筋率不允许超过1.2%，在此次过程中，设计人员通过运用外包钢筋的方式对其进行有效处理，使得短柱问题得到顺利解决。最后，针对部分多层建筑框架结构中需要设置女儿墙构造柱，当女儿墙高度超过1m时，设计人员还需要灵活运用结构构造方式，使得女儿墙结构具有良好的安全稳定性。女儿墙设计增大系数则需要控制在3，且不允许该增大部分持续向下传递，但在实际设计女儿墙结构时，与之相连接部位则需要计入其中。
        结束语
        综上所述，在多层建筑结构设计中，工作人员在设计框架结构时，需要充分结合工程实际，并严格依照国家相关规定标准要求，对其中的各关键要素包括基础梁系、楼板开洞等进行科学设计。同时注重加强对短柱与框架梁柱偏心的控制，以此有效实现框架结构的全面优化，为提高多层建筑结构的安全性、稳定性奠定坚实基础。
        参考文献
        [1]张建峰.钢筋混凝土多层框架房屋结构设计研究[J].建材与装饰，2020(01):122-123.
        [2]张莉莉.浅谈民用建筑多层框架结构设计[J].门窗，2019(19):157.
        [3]陈丕奎.建筑框架结构设计问题及要点探索[J].中国标准化，2019(14):45-46.