多层钢筋混凝土框架结构设计探讨

来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文发布时间：2011-04-24 09:45:01浏览：次

　　摘要：本文论述了钢筋混凝土多层框架房屋结构设计中应注意的几个问题，供广大工程技术人员参考。
　　关键词：多层建筑，结构设计，选用
　　
　　随着现代社会发展的商业化、工业化和城市化，房屋建筑逐渐由单层、多层向高层发展，房屋结构形式也由简单的砖混结构变得日趋复杂。框架、剪刀墙、框-剪、框一筒、筒体等已变成当前建筑设计中的主要结构形式，这类建筑在结构设计中存在一些需要解决的问题。
　　1.关于设计规范的强制性问题
　　我国的设计规范是强制性的，对于设计人员来说，规范就是法律。只要不违反规范要求，即使设计出的问题，设计人就有可能不负任何法律责任。而国外发达国家的许多设计规范则是指导推荐性的。设计出了问题得自己负责，休想将责任推向规范，所以我国规范的编制工作有着更高的要求，同时也会遇到一些不好解决的困难。以以往的最小配筋率为例，国外规范中是0.8—l％，这个数值作为指导值是比较适宜的，而设计人员可以根据具体情况取用更低的配筋率。我国规范并没有明文规定设计人员不准采用高于规范设定的安全度水平，但在过去计划经济时代的影响下，缺乏经验的设计人员有时还是不善于针对具体工程对象的需求和具体的施工环境条件，必要时加以灵活运用。而与此相反，某些故意钻规范空子的人则会沿着规范允许的最低边缘路线行事，以达到其不良目的并推卸责任。
　　2.结构规范设计避免浪费
　　作为结构设计工程师，恰到好处的选用材料是应尽的职责，就是以较少的材料去完成建筑物各种功能的要求。如果将构件截面任意加大，材料用量任意增多，这个工作，建筑师也能做。当前建筑结构设计存在的问题中，有一个方面不容忽视就是设计中的浪费现象。我们有不少钢筋混凝土高层建筑的用钢量，已超过国外同等高度钢结构的用钢量，其不合理可见一斑。关于建筑结构设计安全度的讨论，是正常的，但会不会引起误导，使一些设计人员误以为按我国规范进行设计会造成不安全，以致盲目加大构件截面，增加用钢量，造成不必要的浪费，这种可能性是不能不防的。
　　节约作为人类可持续发展的需要和一种美德，应该是结构设计人员的重要守则，这里提出探讨的只是计划经济年代曾经盛行一时的片面的节约，但即使是那种节约在过去短缺经济下仍是合理和必要的，问题是将它搬到今天的社会经济状况和体制下，有时就不再适宜。
　　3.独立基础设计荷载取值问题
　　钢筋混凝土多层框架房屋多采用柱下独立基础，《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)第4.2.1条指出，当地基主受力层范围内不存在软弱粘性土层时,不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房，可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。这就是说，在8度地震区，大多数钢筋混凝土多层框架房屋可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。但这些房屋在基础设计时应考虑风荷载的影响。因此，在钢筋混凝土多层框架房屋的整体计算分析中必须输入风荷载，不能因为在地震区高层建筑以外的一般建筑风荷载不起控制作用就不输入。
　　另一种情况是，在设计独立基础时，作用在基础顶面上的外荷载只取轴力设计值和弯矩设计值，无剪力设计值，或者甚至只取轴力设计值。以上两种情况都会导致基础设计尺寸偏小，配筋偏少，影响基础本身和上部结构的安全。
　　4.结构计算中几个重要参数的合理选取
　　《建筑抗震设计规范》中第3.6.6.4条指出，所有的计算机计算结果应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。通常情况下，计算机的计算结果主要是结构的自振周期、楼层地震剪力系数、楼层弹性层间位移和弹塑性变形验算时楼层的弹塑性层间位移、楼层的侧向刚度比、振型参与质量系数、墙和柱的轴压比及墙、柱、梁和板的配筋、底层墙和柱底部截面的内力设计值、框架一抗震墙结构抗震墙承受的地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值、超筋超限信息等等。
　　为了分析判断计算机计算结果是否合理，结构设计计算时，除了有合理的结构方案、正确的结构计算简图外，正确填写抗震设防烈度和场地类别，合理选取电算程序总信息中的其他各项参数也是十分重要的。现以空间有限元分析与设计程序SATWE为例，结合施工图审核校对中发现的问题，来说明有关参数如何合理选取。
　　4.1结构的抗震等级
　　在工程设计中，多数房屋建筑按其抗震设防分类属于丙类建筑，如民用住宅、办公楼及一般工业建筑等等，其抗震等级可根据烈度、结构类型和房屋的高度按《建筑抗震设计规范》表6.1.2确定。而电讯、交通、能源、消防和医疗等类建筑以及大型体育场馆、大型零售商场等公共建筑，首先，应当根据《建筑抗震设防分标准》确定其中哪些建筑属于乙类建筑。乙、丙类建筑，地震作用均按本地区抗震设防烈度计算。对于乙类建筑，一般情况下，当抗震设防烈度为60～80时．抗震措施应符合本地区抗震设防列度提高一度的要求。所谓抗震措施，在这里主要体现为按本地区设防烈度提高一度由《建筑抗震设计规范》表6.1.2确定其抗震等级。例如，位于80地震区(如北京)的乙类建筑，应按由《建筑抗震设计规范》表6.1．2确定其抗震等级为一级；当80类建筑的高度超过表6.1.2规定的范围时，还应经专门研究，采取比一级抗震等级更有效的抗震措施。如北京某大型零售商场和某三级医院的门诊楼本属乙类建筑，但设计人员错当成丙类建筑来设计，使建筑物的抗震能力降低，不得不对设计计算做重大修改。
　　4.2地震力的振型组合数
　　地震力的振型组合数，对高层建筑，当不考扭转耦联计算时至少应取3；当振型数多于3时，宜取3的倍数，但不应多于层数；当房屋层数2时，振型数可取层数。对于不规则的结构，当考虑扭转耦联时，对高层建筑，振型数应取9；结构层数较多或结构刚度突变较大，振型数应多取，如结构有转换层、项部有小塔楼、多塔结构等，振型数应取12或更多，但不能多于房屋层数的3倍；只有当定义弹性楼板，且采用总刚分析，必要时，振型数才可以取的更多。《建筑抗震设计规范》指出，合适的振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90％所需的振型数。SATWE等电算程序已有这种功能。可以很方便地输出这种参与质量的比值。有些设计人员不重视电算程序使用手册的应用，选取振型数时比较随意，这是应当改进的。此外，由耦联计算的地震剪力通常小于非耦联计算，仅当结构存在明显扭转时才采用耦联计算，但在必要时应补充非耦联计算。