摘要:多层建筑的主体结构对刚度要求和抗震要求比较严格,因此,为了确保建筑物的安全使用,有足够的抗震设防度和对抗外力的破坏性,在多层建筑设计中框架结构的等问题要十分重视,做好分析和处理。本文结合建筑设计工作实践经验谈谈多层建筑结构设计中框架结构的问题分析与处理。
关键词:多层建筑;结构设计;框架结构;问题;处理
多层建筑介于高层建筑和低层建筑之间,在小城镇房地产开发和企业、机关、学校的基础设施建设中,属于普遍受欢迎的建筑物类型,从设计上看显著的优点就是结构简单,既比低层建筑节省土地资源,又不用增加高层建筑必须的电梯投资和高压水泵的投资;由于多层建筑对主体结构的刚度和设防烈度有较高要求,因而设计过程必须对框架结构的问题做好分析预处理。
1多层建筑框架结构特点及设计要求
1.1优点与不足
多层建筑从施工实践来看,很多框架结构设计存在不足,表现在建设场地、地基基础和主体结构的协调作用不足,基础选型与建筑主体结构不相适应;在设计过程中经验主观主义严重,地基结构设计、主体框架结构设计欠缺对建筑选址场地条件的综合考虑;从使用结构来看,明显的特点就是公用面积小,建筑面积利用率高。以6层居民住宅为例,都是以别墅户型叠加而成,一梯两户,相对而居,各个房间均能南北通风,满足采光需求;较高楼层,视野开阔,空气新鲜,噪音影响相对较低。整栋楼以单元结构方式,由若干单元组成。
1.2 刚度和变形要求
在设计过程中,针对抗震设防要求及多层建筑应对预应力变化的能力,需要考虑多层建筑的框架结构有足够的刚度,由于框架结构本身的柔性好,应对变形能力强,具备有效抵御和削减外力施加功能,主要缺陷是在外力持续不停施加状况下会造成倾斜变形,超出框架结构消减外力的功能范围,可能造成多层建筑物的全面倾覆。框架结构刚度适中,与结构柔性功能相匹配最好,保持一定的变形能力功能,以有效抵御瞬间大破坏力形成局部受损承受力,避免造成整栋楼体的毁坏。
1.3 抗震要求
多层建筑的框架结构对抗震要求较高,要层层设防,保持结构合力抵御外力施加的能力,比如砌体结构8度设防的抗震构造措施①采用多肢墙和框架剪力墙结构;②四角设钢筋混凝土构造柱,柱体最小横截面积不小于380mm×180mm,纵向钢筋最低保持4B12,箍筋最低不少于A6@250;墙体及承重墙体必须设置钢筋混凝土基础圈梁,规格标准按建筑行业多层建筑操作技术规程要求设置;对于钢筋混凝土现浇筑的屋面施工方式,在现浇板内沿外墙周边增配2A10通常钢筋,与外墙内构造柱连接,层层设防。
2多层建筑结构设计中框架结构的设计问题与处理
多层建筑框架结构的主要问题就是地基、基础和主体的协调问题,由于设计缺乏全面系统地统筹思考,往往造成基础、地基、建筑主体梁、柱、墙的设计过程相对独立,形不成抗震和抗变形的合力,降低了建筑物的安全性能。因此,多层建筑框架结构的设计工作,要优先处理好设计问题。
2.1 地基及基础
多层建筑的框架结构的地基与基础的设计问题主要是地基、埋深、基础梁埋深问题;一是地基问题的处理。地基设计要根据建筑层高要求的抗震能力以及建筑场地的地段类型,抗震条件来确定,对于有利地段或者一般地段,应采取相应的施工方式,确保地基抗震能力与基础框架结构一致。二是埋深问题的处理。
根据一层框架梁的要求,及承载填充墙、楼梯荷载安全的需要,结合地基的抗震能力和地段特点,设计合适埋深,埋设部分根据短柱进行处理。三是基础梁问题的处理。结合多层建筑物抗震能力的实际需要,设计基础梁要沿着多层建筑物主体的两轴方向设置,截面高度不低于柱中心距的1/5。从基础梁与建筑主体梁柱抗震能力的协调性考虑,基础梁的横截面积适当加大,以应对填充墙、楼梯的荷载压力对冲抗震性能。
2.2 薄弱层
多层建筑中一般会出现平面规则而纵向不规则、相对强度较低的楼层,称为薄弱层,在抵御地震灾害的过程中,往往扭曲、开裂等由薄弱层而集中展开,对整栋多层建筑产生毁灭性的破坏。引起多层建筑或者高层建筑出现薄弱层的原因,主要是设计过程框架结构布置不均匀造成的。一般薄弱层设计问题处理分两项内容:一是判断薄弱层。多层建筑设计方案完成后,在优化方案的过程中,利用BIM根据人的经验判断,软件计算推断,或者有明显承载力不足楼层进行强制认定等方式,均能确定薄弱层的存在。二是薄弱层问题的处理。针对多层建筑的薄弱层存在的实际,要从设计源头进行处理,做好建筑工程的质量控制,一方面采取相应的措施使薄弱层抗侧移刚度加大,另一方面在不改变框结构的情况下,有效降低薄弱层的层高,薄弱层偌出现在低层对建筑抗震性的影响更为严重,需要从基础埋深方面进行处理。三是验算薄弱层屈服强度系数,验算结果若果表明需要验算弹塑性变形系数,就进行演算,弹塑性变形验算值达不到技术规程规定的标准,就要重新展开设计,调整框架结构。
2.3 框架
建筑体都是由梁柱组成的横向框架和竖向框架搭建而成的,抗震性能和安全稳定性能,主要取决于横竖框架的结合程度,在设计过程中,框架结构需要处理的问题就是横竖框架结构的协调性。一是从思想上,在设计工作中,把横梁框架与纵向柱框架的设计,从多层建筑抗震要求上,做到同等重要;二是横梁框架与纵向柱框架结构设计的用料、截面积大小,要根据高层建筑设计规程规定,进行质量技术标准设置,做到横平竖直,搭配适当;三是注重梁柱的抗震合力作用的发挥,确保建筑物的安全稳定需求。
2.4 板、短柱等
多层建筑的框架结构中,存在柱净高与截面的高度比相对小不达标;剪跨比值小的情况,这种构造柱就是短柱。主要是楼梯间休息平台的设置,造成框架梁柱的净高减小,与标准的构造柱比较,短柱受剪承载力与变形能力都很弱,表现抗震性能较差,脆性破坏的几率很高,会造成建筑物整体性损坏,这个问题的处理就是外包加固,利用钢板、加筋等手段,确保短柱保持与构造柱抗拉抗压相等的功能水平。除了外包加固钢板外,还可以采取相应的技术措施,保证短柱的稳定抗震性能,要从具体的建筑场地的实际环境出发,因地制宜,进行设计上的完善。
3结束语
总而言之,多层建筑结构设计中框架结构的问题的处理与分析,必须结合建筑抗震构造措施,针对梁、柱、墙体、地基、基础、主体框架等建筑构件的抗震性能及搭配条件,进行全面系统的统筹考虑,多角度、多方向对设计方案不断地完善,充分利用实践经验、智能软件等各种优势,对框架结构存在的问题进行合理有效的处理,确保多层建筑框架结构设计的科学性与合理性,最大限度地保障多层建筑的抗震性能和质量安全。
参考文献:
[1]梅素娟.多层建筑结构设计中框架结构的问题分析与处理[J].陶瓷,2018(01):124-125.
[2]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.
[3]张全民,高晓娟.多层建筑结构设计中框架结构的问题分析与处理[J].住宅与房地产,2019(24):74.
[4]张志民,赵庆.多层建筑结构设计中框架结构的问题分析与处理[J].居舍,2019(17):95.