钢筋混凝土多层框架房屋结构设计中应当注意的几个问题

钢筋混凝土多层框架房屋结构设计中应当注意的几个问题[提要]对钢筋混凝土多层框架房屋设计过程中经常出现的独立基础设计荷载取值不当，框架计算简图不合理，基础拉梁设计不合理等结构设计问题进行了分析评述，提出了改进或处理的办法，可供设计参考。

[关键词]独立基础框架结构抗震设计

TU973+.31文献标识码：A文章编号：

在钢筋混凝土多层框架房屋结构设计中有以下几个问题应值得我们设计人员注意。

独立基础设计荷载取值不当

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》(GB5001-2010)(以下简称《抗震设计规范》)第4.2.1条指出，当地基主要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24m以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房，可不必进行天然地基和基础抗震承载力验算。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天然地基和基础抗震承载力验算。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，必须考虑风荷载，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考虑。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(柱脚内力设计值)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。

框架计算简图不合理

当无地下室的钢筋混凝土多层框架房屋，独立基础埋置较深，在-0.06m左右设有基础拉梁时，应将基础拉梁按一层输入。以某办公楼为例，该项目为3层钢筋混凝土框架结构，丙类建筑，建筑场地为Ⅱ类；层高为3.6m，基础埋深4.0m.，基础高度0.8m，室内外高差为0.3m。根据《抗震设计规范》第6.1.2条，在8度地震区该工程框架结构的抗震等级为二级。有的设计者按3层框架房屋计算，首层层高取为3.56m，即假定框架房屋嵌固在-0.06m处的基础拉梁顶面；基础拉梁的断面和配筋按构造设计；基础按中心受压计算。显然，选取这样的计算简图是不妥当的。因为，第一，按构造设计的拉梁无法平衡柱脚弯矩；第二，《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)(以下简称《混凝土规范》)第6.2.20条规定，框架结构的底层柱的高度应取基础顶面至一层楼盖顶面的高度。工程的设计经验表明，这样的框架结构宜按4层进行整体分析计算，即将基础拉梁层按一层输入，拉梁上如有作用的荷载，应将荷载一并输入。这样，计算简图的首层层高为H1=4-0.8-0.06=3.14m，2层层高3.66m，3、4层层高3.6m.。根据《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1.5。当设拉梁层时，一般情况下，要比较底层柱的配筋是由基础顶面处的截面控制还是由基础拉梁顶面处的截面控制。考虑到地基土的约束作用，在进行电算程序(指PKPM中SATWE)的总信息输入中，可填写地下层数为1，在复算一次。按两次计算结果的包络图进行框架结构底层柱的配筋。

基础拉梁层的计算模型不符合实际情况

基础拉梁层无楼板，用电算程序(指PKPM中TAT或SATWE)进行框架整体计算时，楼板厚度应取零，并定义弹性节点，用总刚分析方法进行分析计算，有时虽然楼板厚度取零，也定义弹性节点，但未采用总刚分析，程序分析时仍然会自动按刚性楼板假定进行计算，与实际情况不符。房屋不规则时，要特别注意这点。

框架结构带电梯小井筒

框架结构应尽量避免设置钢筋混凝土电梯小井筒。因为井筒的存在会吸收较大的地震力，相应地减少框架结构承担的地震剪力，而且井筒下基础设计也比较困难，故这些井筒多采用砌体材料做填充墙形成隔墙。当必须设置钢筋混凝土井筒时，井筒墙壁厚度应当减薄，并通过开裂缝、开结构洞等办法进行刚度弱化；配筋也只宜配置少量单排钢筋，以减少井筒的作用。设计计算时，除按纯框架结构确定抗震等级并计算外，还应按带井筒的框架(当平面不规则时，宜考虑耦联)复核，并加强与井筒墙体相连的柱子的配筋。还要特别指出，对框架结构出屋顶的电梯间和水箱间等，应采用框架承重，不得采用砌体墙承重；而且应当考虑鞭梢效应应将地震作用效应乘以增大系数；雨篷等构件应从承重梁上挑出，不得从填充墙上挑出；楼梯梁和夹层梁等应支承在承重柱上，不得支承在填充墙上。

五、结构计算中几个重要参数选取问题

5.1结构的抗震等级的确定在建筑工程设计中,按照抗震设防来分类,一般的民用住宅建筑、公寓、办公楼等,很多房屋建筑是属于丙类建筑。当我确定这些建筑的抗震等级时,通常是根据本地区的抗震设防烈度、结构类型以及建筑高度,来查《抗震规范》中的6.1.2表来确的。但是对于交通、电讯、消防、能源以及医疗类建筑,大型商场与体育场馆等公共建筑,首先,就应该确定其中哪些建筑物是乙类建筑。我们通常按照抗震设防烈度来计算乙、丙类建筑的地震作用。通常情况,乙类建筑,当抗震设防烈度在6～8度时,应该采取抗震措施。一般是在本地区的抗震设防烈度的基础上再增加一度,再查表来确定其抗震等级。若该乙类建筑处于7度地区,而其高度又超过规定的范围,此时,就应该采取更为有效的其他抗震措施。

5.2地震力的振型组合数多层建筑结构,若不需要进行扭转耦联计算,其地震力的振型组合数不应小于3;若振型组合数大于3,则应该取3的倍数,但与小于建筑物的层数;若房屋层数少于3层,振型组合数就取层数。不规则的高层建筑,当需要考虑扭转耦联时,其振型数不应小于9。建筑结构层数比较多或者其刚度变化较大时,其振型组合数应越大,比如有转换、小塔楼等建筑,其振型组合数不应小于12,但是也不得多于3倍层数。我们一般可以采取振型参与质量为总质量的90%时所需要的振型数作为合适的振型数。在应用SATWE等程序进行电算时,便可以将这种参与质量的比值输入进去。但是,有些设计人员重视程度不够,往往比较随意的选取振型数,这是不行的。另外,只有在建筑结构的扭转比较明显时,才采用耦联计算,若必要时还是需要补充非耦联计算。

5.3结构周期折减系数的确定框架结构建筑结构中,因为存在填充墙,其实际刚度往往比计算刚度大。计算周期比实际周期大,因而,计算出来的地震剪力偏小,显得结构的安全性较差,所以应该对结构的计算周期进行适当的折减,但是折减系数不得过大。若框架结构采用砌体填充墙,则其计算周期折减系数为0.6～0.7;若采用轻质砌体或者砌体填充墙较少则可取0.7～0.8;当全部用轻质墙体板材时,折减系数为0.9。而只有无填充墙的纯框架,才可以不进行计算周期折减。

限于水平，上述意见难免有不当之处，请指正。

参考文献:[1]建筑抗震设计规范(GB5001-2010)[M]，中