论多层钢筋混凝土框架结构的设计

论多层钢筋混凝土框架结构的设计本文从多层建筑的角度出发，分析了多层钢筋混凝土钢结构框架结构的设计问题，通过分析起设计的要点和方法，明确了多层钢筋混泥土钢架结构设计的主要方向。

TU37文献标识码：A

前言

一般来说，多层建筑建设中，混凝土结构使用是最为常见的，因此，分析混凝土框架结构在多层建筑中的设计问题也是非常有必要的，是提高多层建筑建设质量的前提。

一常见的多层钢筋混凝土结构体系类型

1.框架结构由梁和柱组成的结构单元称为框架；全部竖向荷载和侧向荷载由框架承受的结构体系。

2.框架—剪力墙结构由框架和剪力墙共同承受竖向荷载和侧向荷载。

3.板—柱及板柱—剪力墙结构。板柱结构是指钢筋混凝土无梁楼板和柱组成的结构。在板柱结构中设置剪力墙或将楼、电梯间做成钢筋混凝土筒，就成为板柱—剪力墙结构。

二钢筋混凝土的性质特点及工作原理

钢筋混凝土又称钢筋砼，先用铁丝将钢筋固定成想要的形状结构，然后在钢筋骨架外覆盖模板，再将混凝土浇灌进去，进过护养达到强度标准后再拆模，得到的就是钢筋混凝土。混凝土结构具有抗压强度和抗拉强度，但它的抗压强度则是抗拉强度的十倍，所以在抗拉强度上的“弱势”很容易导致它的结构遭到破坏。因为钢筋具有强劲的抗拉力强度所以与混凝土的结合它们各自承担不同的功能使钢筋混凝土发挥了它的有效作用。

钢筋混凝土的工作原理主要表现在以下几个方面。因为钢筋具有独特的抗拉力强度，而混凝土具有较强的抗压力特性，所以两者相结合形成的钢筋混凝土才能够具有较好的延展性和较大的强度的优良特性。第一，钢筋和混凝土有着相近的线膨胀系数，不会因为环境的改变而产生过大的应力；第二，混凝土中的氢氧化钙能够提供碱性环境，这样在钢筋的表面就会形成一层钝化的保护膜，让其在相对中性和酸性的环境下更加不易被腐蚀。第三，钢筋和混凝土之间有较好的黏结力，有时将钢筋表面做成肋条状就是为了钢筋和混凝土之间的咬合程度。

三多层建筑钢筋混凝土的框架结构设计

1.钢筋混凝土框架结构底层的设计

没有地下室的多层钢筋混凝土建筑，独立基础埋置的位置较深，底层计算高度过大，位移指标难以控制，且柱配筋不经济，故一般在-0.05m处设一层拉梁，按照一个结构层来输入。例如，某工程项目要求三层钢筋混凝土框架结构，丙类建筑，Ⅱ类建筑场地；3.3m层高，基础埋深4.0m，0.8m基础高，室内外高差0.45m。根据《建筑抗震设计规范》第6.1.2条，在Ⅶ度地震区该工程框架结构的抗震等级应为为三级。按三层框架房屋计算，第一层取3.35m高，基础按照中心受压来计算，显然这样的选择是有欠妥当的。因为根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)第7.3.11条规定，框架结构底柱的高度应取基础顶面至首层楼盖顶面的高度。而上述构造所设计拉梁是无法平衡柱脚弯矩的。根据工程设计的经验来看，这样的框架结构最好是按照四层来进行整体的分析计算，就是将-0.05m处的拉梁作为一个结构层来输入，若在拉梁上有应力荷载，应一并载入。根据《建筑抗震设计规范》第6.2.3条，框架柱底层柱脚弯矩设计值应乘以增大系数1.3。因此，在设计拉梁层的时候，一般来说要比较底层柱的配筋是由基础拉梁顶面的截面来控制，还是由基础顶面的截面控制。另外，考虑到地基土的约束作用，对于这样的设计而言，在电算程序总信息的输入中可将地下室层数设为1，并重复计算一次，再按照两次计算结果的包络图来进行框架结构底层柱的设计。

2.多层框架房屋基础拉梁的设计

一般情况下，当独立基础的埋深值不大，或者虽然埋深值较大但采用了类似高杯口基础时，可视具体要求沿主轴的两个方向来设置构造基础拉梁。设计时，基础拉梁截面的宽度可取柱中心距的1／20～1／30，高度可取柱中心距的1／12～1／18。当拉梁上承受楼梯柱或者填充墙传来的应力荷载时，应适当加大拉梁截面，此时拉梁层可以不建入模型参与结构计算，但应将拉梁荷载导入基础计算。

3.多层框架结构中楼梯、电梯的小井筒设计

在多层建筑的框架结构中，应该尽量避免设置钢筋混凝土的楼梯、电梯小井筒，因为钢筋混凝土的小井筒的存在会减少框架结构能承担的地震剪力，并且小井筒下的基础设计也具有较高的难度，因此在设计中通常采用构造柱夹砌体材料做填充墙形成隔墙。

必须设计为钢筋混凝土小井筒时，井筒的墙壁厚度应当减少，并进进行刚度弱化（可采取开竖缝、开结构洞等办法）；配筋也只能配置少量单排钢筋，消弱小井筒的作用。

设计计算时，除了按照框架确定抗震等级计算外，还要按照带井筒的框架来进行复核，并加强与井筒墙体相连的柱子的配筋。

4.多层建筑中钢筋混凝土框架结构计算的注意事项

①基础拉梁层计算模型的选定

在选用TAT或者SATWE等程序进行框架整体计算时，对于基础拉梁层无楼板的情况，应取0作为楼板厚度，并定义弹性楼板，采用总纲分析方法进行分析计算。否则程序分析时自动按照刚性楼面来进行计算，这样一来便与实际情况不相符，在设计过程中要特别注意这一点。

②多层建筑框架结构的抗震等级

在工程设计中，多数房屋建筑分属于丙类建筑（如民用住宅、办公楼、一般工业建筑等），其抗震等级可参考《建筑抗震设计规范》表6.1.2来确定。而对于交通、通讯、消防、医疗等类型的建筑以及大型体育场馆、大型商场、科技展厅、电影院等公共建筑，可首先根据GB50223-2010《建筑抗震设防分类标准》来确定那些建筑属于哪些类别。丙类建筑的地震作用均按本地区抗震设防烈度计算；乙类建筑在一般情况下当抗震设防烈度为Ⅵ～Ⅷ度时，抗震措施应符合本地区抗震设防烈度提高I度的要求。

③地震力的振型组合数

对于多层建筑而言，当不考虑扭转耦联计算时，地震力的振型组合数至少要取3；当振型数多于3时，应取3的倍数，但不能多于层数X3；而房屋层数≤2时，则振型数可取层数层数X3。

对于多层建筑不规则的结构，考虑扭转耦联时振型数要取≥9。若是结构层数较多或者结构刚度突变较大，振型数应多取。

四多层框架设计需注意的事项

1.多层框架民用建筑基础设计的注意事项

首先，结构设计师要认真阅读地质报告，在认真把握的基础上，要正确的使用地质报告，并要对报告中的内容进行考察和判断，这样可以帮助把建筑场地的地质条件和民用建筑的具体情况结合起来。其次，在满足多层框架民用建筑的承载力要求下，应该采用经济性较强的浅基础，需要综合考虑地质情况和建筑的结构、类型和承载力等来实现经济和稳定的结合。再者，多层框架的民用建筑要采用独立的基础或者条形的基础，这要考虑基础的承载力来确定基础的面积，然后进行设计电算，另外还要符合相关规定的构造结构。最后，在处理地基时，要运用合理、科学的地基处理手段，要做到符合力学等相关的基本理论以及基本实际的当地工程经验相结合。

2.多层框架民用建筑上部设计的注意事项

首先，在抗震设防地区，应注意遵循强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固的设计原则，形成延性框架。恰当的运用“强柱弱梁”的原则可以节约费用，做到经济实惠；还可以使楼层的净空高度得到加大；来提高建筑的整体刚度。其次，在框架梁的配筋设计上，主要在主梁和次梁之间相交的地方要增加箍筋和吊筋来保证稳定性。当梁端的纵向受拉钢筋的配筋率大于2%时，要加大箍筋的最小直径到至少2mm，结构设计师不能忽视这个问题，要根据实际情况及时的调整，这也不代表在进行框架计算时荷载取值并不是越大越好，要结合各种具体的情况来进行设计计算等。最后，在现浇楼板设计中的注意事项是：由于楼板通常包括单向板和双向板，在普遍情况下，可以运用次梁把楼板变为双向板的结构，保证整体的受力合理，配筋的均匀等，双向板的厚度一般要薄于单向板。

结束语

综上所述，