多层框架结构设计

【关键词】多层框架；结构设计；常见问题；处理措施

　　一、引言

　　在现阶段的建筑行业，多层框架结构设计已经成为了一种较为常用和行之有效的实际设计模式，并在各类房屋建筑设计中被广泛使用。但在实际实施过程中各方面的常见问题也随之而来，这就需要一名合格的框架结构设计者能够遵循各种规范的前提下权衡利弊，依据实际情况解决多层结构设计过程出现的问题。

　　二、判定与处理多层框架结构薄弱层

　　多层框架结构的薄弱层是指在地震地强烈作用下，其构架首先屈服作用力，并随之产生较大弹性位移的结构。所以，其结构构件所能承受的载力范围必须要满足在遇到地震作用时设计的抗震承载能力的要求，在地裂度≥7度的地区，应更为重视。针对多层框架薄弱层的设计，设计人员可以根据《建筑抗震设计规范》中第5.5.4条所述，直接指定或规定薄弱层位置；在PKPM系列软件的计算中，若框架结构的抗侧移刚度不规则，则可将其适当调整为小于相邻上一层的70%，或小于此层以上3层平均刚度的80%；而对于框架结构竖向拉侧力不连续的情况，应使这一层与相邻上层或上3层平均刚度的比值满足相应要求，同时，此层应被确定为薄弱层。

　　薄弱层的存在严重威胁着建筑的抗震能力，理论上应予以消除，而尽量避免出现薄弱层的基本措施就是加大该层结构的抗侧移刚度，也就是加大其柱截面或者梁截面的面积；同时，也可以通过改变框架结构高度或降低基础埋置深度。但彻底消除薄弱层是不可能的，所以在进行多层框架结构设计时，其相关计算参数和图纸必须满足设计规范并采取相应应急措施。例如可根据《建筑抗震设计规范》中的第3.4.4.2条、第5.5.2条至5.5.5条采取设计规范，除了放大1.15倍薄弱层的地震剪力外，还应验算框架结构的楼层屈服强度系数，以满足设计标准。在某些地区，地震烈度在7～9范围内，当结构的楼层屈服强度系数≥0.5时，才不用继续对结构进行弹塑性变形验算，反之则必须进行计算。

　　三、正确选取结构设计参数

　　为了正确合理地对计算机计算结果进行分析和判断，在进行多层框架结构设计计算时，在保证提供合理的结构方案和正确的计算简图的前提下，如何正确地填写抗震等级、设定防震系数及如何合理地选取计算机运算结果数据的各重要参数也是多层框架结构投入实际运营实施的一大重要步骤。

　　（一）抗震等级的确定

　　在工程设计中，很多类房屋建筑都属于丙类抗震设防，例如常见的办公楼、民用住宅等基础建筑等，它们的抗震等级可直接根据《建筑抗震设计规范》来确定，具体则由地震裂度、房屋高度及结构类型决定；而对于乙类某些大型公共建筑设施如交通、消防和医疗类，或者大型百货商场、体育场馆等，则应按照当地区抗震设防裂度加以适当提高，大多为提高一度的要求。

　　（二）地震力振型组合数的选取

　　通常情况下，较高层建筑在不考虑转耦联时，振型组合数应该大于3，但但组合数都以3的倍数为宜；如果房屋层数小于等于2，则组合数可以取1或2。而对于不规则的建筑考虑转耦联时，组合数应大于等于9才能满足设计规范；当框架结构较多或者其刚度突变较大时，振型组合数应取大值，例如房屋顶部有塔楼或框架结构有转换层时，其数值应大于12以上才能满足抗震需要，而同时还要注意必须小于建筑层数的3倍。

　　（三）结构周期折减系数的确定

　　由于填充墙的存在，多层框架结构的实际刚度应大于其设计计算刚度，实际周期则应小于相应计算周期。所以，如果计算得出的地震作用效应不够大，则会使得结构无法满足安全系数，这严重影响了建筑的可靠性，因此合理地折减结构的计算周期是极为必要的。针对多层框架结构而言，如果采用砌体填充墙，那么结构周期折减系数就可以根据其材料和数量进行选取，为0.6或0.7；而砌体填充墙数量较少或采用轻质材料填充时，则可以选取0.9作为其折减系数；而对于无墙填充的框架结构，则可以不折减其计算周期。

　　（四）梁刚度放大系数的确定

　　在结构设计的计算机运算中，梁输入的模型大多都是矩形截面，这就使得在设计过程中忽略了由于楼板的存在而形成的T型截面，进而使得刚度增大的结果，最终使得框架结构的计算刚度大于其实际刚度，进而使得其地震剪力也随之偏小，导致建筑结构存在安全隐患。所以，在结构计算中应将梁刚度进行适当的放大，一般梁适宜取2.0、边梁取1.5作为其放大系数，以满足安全指标。

　　四、调整斜截面配筋及框架梁裂缝宽度

　　在满足梁端配筋率和梁柱的截面尺寸的前提下，结构设计过程仍然需要进行满足梁端斜截面“强剪弱弯”条件下的面筋调整和梁的裂缝宽度进行验算，以确定结构设计结果的准确和安全。

　　（一）梁端斜截面的配筋

　　在多层框架结构设计中，框架梁的梁端斜截面应在满足地震作用下的地震承载力的规范要求，也就是“强剪弱弯”。在结构设计和梁斜截面配筋的具体操作中，应合理运用如下方法：（1）梁端箍筋的直径可根据需要增加2mm；（2）在支座处不设置弯起钢筋，应该利于利用箍筋承受支座剪力；（3）在不放大梁端负弯矩钢筋面时，应放大1.1～1.3倍梁的跨中受力钢筋。

　　（二）影响框架梁裂缝宽度的因素及处理措施

　　结构设计人员经常将框架梁的裂缝宽度的验算予以忽视，这应该引起我们的重视。框架梁裂缝宽度的影响因素主要有两个方面：一是钢筋的直径及其级别，而是构件的混凝土强度等级。而这两者之间又有一种相互依赖相互制约的微妙关系，所以对于一般的混凝土构件，其等级对于框架梁裂缝宽度大小影响不大，所以通常情况下都是采用增大梁的截面尺寸或加大梁的配筋百分率来降低框架梁的裂缝宽度。同时，我们还应注意的是，在运用计算机辅助软件进行设计运算时，要将恒、活载数值分开输入，以正确计算其内力组合、荷载输入和裂缝宽度。