多层建筑结构设计中框架结构的问题分析与处理 刁兴然

发表时间:2021/3/3   来源:《基层建设》2020年第28期   作者:刁兴然
[导读] 摘要:多层建筑结构是建筑工程的重要类型,而其框架结构更是多层建筑结构设计中的基础内容,具有极为重要的应用地位。
        信息产业电子第十一研究院科技工程股份有限公司南京分公司  江苏南京  211100
        摘要:多层建筑结构是建筑工程的重要类型,而其框架结构更是多层建筑结构设计中的基础内容,具有极为重要的应用地位。本文简述了框架结构设计原则,并就框架结构在设计中的问题进行了深入分析,阐述了几点在结构计算环节中的重要参数选取内容,提出了几点应对框架结构问题的处理措施,希望能够为同行业工作者提供一些帮助。
        关键词:多层建筑;结构设计;框架;问题与措施
        引言:经济的进步使得建筑数量也在不断增长,其造型与功能要求方面的多样化使得建筑结构设计逐渐受到了人们的重视。作为在多层建筑结构中常用到的结构设计类型,建筑框架结构设计的重要性毋庸置疑,从实际情况来看我国的框架结构设计已经逐渐开始融入国外先进的设计理念,从而呈现出了多渠道发展的突出特点。无论是建筑到的竖向体形还是其平面布置,均表现出了复杂特性,给建筑设计人员带来了诸多的工作挑战。因此,对多层建筑结构设计环节由框架结构所导致出现的一系列问题进行深入分析具有极为重要的现实意义。
        1框架结构设计基本原则
        1.1刚柔并济
        对于建筑物来说其结构不宜过柔,虽然柔性结构具有极佳的变形能力,削减外力的作用较强,但若所处环境存在持续侵袭的外力将会由于变形来不及恢复而最终导致整个结构倾倒[1];而若是结构过刚则会增大结构变形能力,一旦受到了瞬间巨大破坏力的影响,将增大局部损失风险继而影响结构应用稳定性。
        1.2层层设防
        结构安全体系的构建目的就是抵抗外力侵袭,而若是将抵御外力的任务全部 交付给其中单一结构将无法保证外力的抵抗效果[2]。以土建结构为例,其中的多 肢墙在实际应用条件下所产生的效果要优于单片墙,框架剪力墙效果优于纯框架,这些效果均突显出了多道防线的设计价值。
        1.3抓大放小
        想要构建一个绝对安全的结构是不可能的,由于不同的构件所对应的角色定位也有着诸多差异,互相之间的相互协调使其变为了一个具有统一性质的整体结构。若在这一过程中受到了较大的破坏力量侵袭,在其中的各个构件均会发挥其抵抗作用,以避免关键结构受到影响。以钢框架结构为例,其中的柱所突显出的作用要大于梁,因此柱绝对不能在外力侵袭时先行倒下。为达到这一目的,往往将梁的厚度设计的较薄,让其在有巨大外力侵袭时先被破坏,以实现最大限度降低损失的目标。
        2设计过程中框架结构的主要问题
        2.1楼板开大洞计算
        在建筑结构设计环节,楼板开洞较为常见,若其开洞面积占到了该楼层面积的 3成以上,则应将其划到平面不规则的范围内,要求相关工作人员必须对该类型问题进行处理。
        2.2短柱
        以框架结构为例,若发现结构中的剪跨比≤2,柱的将高度与柱截面高度≤4,则应将该类型柱划为短柱[3]。短柱由于其结构的特殊性使得其无论是变形能力还是受剪承载力均存在着诸多的不足之处,尤其是在地震作用的情况下极容易导致出现脆性破坏现象,继而影响建筑整体结构的稳定性,因此在进行结构设计时要特别注意避免此类问题。
        2.3薄弱层判定
        通常情况下各个结构的承载力满足抗震承载力设计标准,出现问题的环境条件多为地震强度≥7°:若结构中有转换层存在则代表其竖向抗侧力构件表现出不连续性,此时应将该楼层划定为薄弱层;若结构中抗侧移刚度有不规则的特征表现,则应将此层划定为薄弱层。
        2.4梁、板以及柱的强度设置
        梁、板与柱在建设时通常选择应用等级不相同的混凝土,若从受力特征角度来看在对其进行处理时将表现出经济性与合理性,但从实际的应用情况来看却难以达到预期。不仅如此,在这一过程中还极有可能出现有高强度梁、节点建设要求的浇筑低强度混凝土,又或是低强度建设要求的梁、节点浇筑高强度混凝土的现象,继而产生极大的安全隐患。


        3结构计算环节重要参数选取
        3.1抗震等级
        实际的工程设计环节中所对应的多类型房屋建筑若是将其按照抗震设防类型进行分类可以将他们归入到丙类建筑范围内,在有抗震防烈度 6至 8度设置需要时,则该类建筑所对应使用的抗震措施应保持与本地区抗震防烈度一致。
        3.2地震力振型组合数
        对于高层建筑来说,若不对扭转耦联进行计算时应明确最低限度为 3 吨,一般不大于层数,若建筑层数不大于 2层,则可将振型数确定为实际层数;若建筑顶部存在多塔结构,则在确定振型数时应不小于 12,但需要注意不能大于 3倍的楼层数(弹性楼板总体分析的情况除外)。一般情况下所获取的振型个数应取参与到振型总质量的 9成以上。
        3.3结构周期折减系数
        对于框架中的抗震墙等结构来说,在存在填充墙的情况下,则此时该类结构的实际刚度要大于计算刚度,整个计算周期要比实际周期大得多,这就使得最终计算出的地震剪力数据值偏小继而影响到结构的建设安全性[4]。因此,对该类结构的计算周期进行折减具有重要的现实意义,但不能将折减系数确定的过大。
        4框架结构处理措施
        4.1楼板开大洞计算处理
        若有此种结构设置需要建议选择应用 SAT-WE软件,此软件在进行计算时能够将全部的楼板均视为弹性模,依靠软件明确楼板在平面内的实际刚度情况,此 过程不考虑楼板片面外刚度;而选择应用 TAT软件能够将不存在楼板的一系列节点定义为弹性节点,简单来说就是该类节点的计算不涉及到剐性楼板的条件限制,在其平动自由度方面较为独立。
        4.2短柱处理
        针对短柱问题建议采用 X形钢筋与外包钢板的结构组合形式,也可选择在结构中应用复合箍筋,应用全高加密的方法进一步提升柱的抗剪承载力,以帮助对 结构的变形能力进行改善,这样一来不仅能够确保短柱的纵向钢筋的布置对称性,且无论是哪一侧其纵向钢筋的配筋率均控制在 1.2%以下。
        4.3薄弱层处理
        薄弱层是影响建筑整体抗震行性能的关键因素,为达到避免出现薄弱层现象的目的,应选择合适方式将该楼层的抗侧移刚度强化,简单来说就是应增大该类柱或梁的截面面积。在有条件的情况下,建议将该楼层的层高减少或选择将基础的埋置深度减少。
        4.4梁、板和柱的强度设置处理
        在进行结构设计时应选择应用具有统一性质的强度等级,也可以在柱中采取一种,而梁和板采取另外一种,不同的混凝土强度等级设置能够使其充分发挥结构的应用效果。需要注意的是,结构节点处应选择应用特殊工艺以缩减工期,在提高施工效率的同时提升施工质量。
        4.5框架梁、柱箍筋间距处理
        针对间距处理问题建议将梁的非加密区间确定为 200毫米,这样一来在提升 梁非加密区抗剪承载力的同时也能够帮助提升梁端箍筋的加密区域的抗剪能力,从而充分表现出梁的抗剪性能。若框架梁因为不同原因使得纵向钢筋有超筋现象,建议将梁端抗剪承载力予以强化以保证结构抗震效果。在设定此种情况的前提下,也可将柱的非加密区确定为 200毫米[5]。需要特别注意的是,在对梁、柱箍筋非加密区做配箍验算时应重点强调强剪弱弯的重要性,也就是应将加密区域的终点 处外侧的组合剪力作为剪力设计值,且无需将数据与剪力的增大系数相乘。
        结束语:综上所述,建筑功能与数量的逐渐增多,使得无论是工业还是民用建筑为满足日益增长的社会需求,其结构设计环节也凸显出了诸多问题。因此,作为此类建筑的设计人员,应在严格遵循相关建设标准的情况下在结构方案中融入更多的创新元素,以实现工作中经验积累与技术总结的目标,奠定了我国建筑行业未来可持续发展的坚实基础。
        参考文献:
        [1]王安.多层建筑结构设计中框架结构的问题及处理[J].居舍,2019,34:132.
        [2]赵 保 丽.房 屋 建 筑 结 构 设 计 中 基 础 设 计 解 析 [J].中 国 住 宅 设施,2019,12:44-45+62.
        [3]杨尚荣.预制装配式模块化建筑结构设计研究[D].广州大学,2018.
        [4]张 光 洁.论 民 用 建 筑 结 构 设 计 的 问 题 及 解 决 措 施 [J].中 国 标 准化,2018,22:63-64.
        [5]郑伟光,贺成刚,王志华.多层民用钢结构建筑结构设计分析[J].建材与装饰,2019,02:117-118.
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