多层框架结构设计心得

摘 要：笔者根据近年来参与的一些多层框架结构设计工作、总结了设计过程中遇到的设计问题及需要使用的结构措施,提出了个人的一些心得及体会,希望与同行共同探讨研究.

关 键 词：多层框架设计；常见问题；结构措施

0.引言

随着我国建筑市场的发展,框架结构已是目前市场上最多的一种结构形式,作者把近年来一些结构设计中遇到的问题及心得写出来,希望与同行们共同进步.

1.底层计算高度取法心得

按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第7.3.11条的规定,底层框架柱的高度从嵌固端算起.实际工程的底层计算高度一般可能会有三种取法：从基础顶面算起、从基础系梁顶面算起、从室外地面下500mm处算起.框架结构的基础一般为独立基础或条形基础,一般情况下底层计算高度从独基或条基顶面算起是没有任何问题的.但有的工程独立基础之间设基础系梁,那么底层计算高度是否可以从基础系梁顶面算呢?我认为肯定不行,最简单的道理,基础系梁不是框架柱的嵌固端.一些设计者可能会碰到这种情况,如果底层计算高度从基础顶面算起,底层的抗侧移刚度可能小于上一层刚度的70%,或小于上三层抗侧移刚度平均值的80%,根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）第3.4.3条,底层为薄弱层；如果计算高度从基础系梁顶面算,底层可能不是薄弱层.这时一些设计人可能采取加大基础系梁截面尺寸和配筋的方式,底层计算高度从基础系梁顶面算起,从而避免薄弱层的出现.这种做法是不对的,避免薄弱层的出现应采取其他的措施（详下文）,因为即使加大基础系梁的截面和配筋,基础系梁仍不能作为底层框架柱的嵌固端.有的设计人认为底层框架柱有一部分埋入土中,考虑地基土的约束作用,人为的将底层计算高度从室外地面下500mm处算起.我认为这种取法也是不对的,地基土固然对框架柱有约束作用,但只能是一种安全储备,而不能认为地面下500mm处为框架柱的嵌固端,从而减少底层框架柱的计算高度,为结构安全使用留下隐患.综上所述,底层计算高度应从基础顶面算起,而不应从基础系梁顶面或室外地面下500mm处算起.

2.基础系梁的设置的设计心得

一般工程地质情况良好时,对于多层框架结构而言可不设基础系梁.我主要讲一下设置基础系梁时应注意的问题.基础系梁主要有三种应用方式：减少底层柱的计算长度、抗震规范要求设置、平衡柱底的弯矩.如果基础埋置深度较深时,可以用基础系梁减少底层柱的计算长度用,在正负0.00以下设置,此时系梁宜按一层框架梁进行设计,同时系梁以下的柱应按短柱处理.如果工程条件符合《建筑抗震设计规范》第6.1.11条规定,应设基础系梁.根据抗震要求,可沿两个主轴方向设置构造基础系梁.基础系梁截面高度可取柱中心距的1/12～1/15之间.构造基础系梁的纵向受力钢筋可取上述所连接柱子的最大轴力设计值的10%作为拉力或压力来计算,当为构造配筋时,应满足最小配筋率；当基础系梁上作用有填充墙或楼梯柱等传来的荷载时,应与所连接柱子的最大轴力设计值的10%叠加计算,基础系梁截面也应适当增加,算出的配筋应满足受力要求和构造配筋要求.构造基础系梁顶标高通常与基础顶标高相同.

3.框架结构设计中薄弱层的判定与处理

3.1薄弱层如何判断

对于薄弱层的判断,有个人指定、计算判定、强制认为三种方式.在PKPM的SATWE软件里,设计人根据《建筑抗震设计规范》第5.5.4条规定或个人经验可以直接指定哪一层为薄弱层；软件在计算时,如果结构的抗侧移刚度不规则,某层的抗侧移刚度小于相邻上一层的70%,或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%,或楼层承载力突变,满足《建筑抗震设计规范》第3.4.2条竖向不规则的规定,软件自动将该层指定为薄弱层；如果结构存在转换层,即竖向抗侧力构件不连续,那么不管该层刚度与上层或上三层的比值是否满足规范要求,或楼层承载力是否满足规范要求,必须强制认为该层为薄弱层.

3.2薄弱层如何处理

薄弱层是对抗震极为不利的结构层,原则上应避免出现薄弱层.避免出现薄弱层的最基本方法是加大该层的抗侧移刚度,即加大该层的柱截面或梁截面；如果条件允许,可以改变该层层高或减少基础埋置深度.但无法避免出现薄弱层时,在结构计算和出图时必须按照规范规定采取相应的措施.根据《建筑抗震设计规范》第3.4.3.2条及第5.5.2条～第5.5.5条的规定,除对薄弱层的地震剪力乘以1.15倍的放大系数外,还应对结构的楼层屈服强度系数进行验算.楼层屈服强度系数为按构件实际配筋和材料强度标准值计算的楼层受剪承载力和按罕遇地震作用标准值计算的楼层弹性地震剪力的比值.

4.楼板需开大洞时结构计算的注意事项

楼板开洞的结构比较普遍,如果开洞面积大于该层楼面面积的30%,就属于平面不规则了,计算时必须进行处理.以PKPM软件为例来说,TAT和SATWE分别采用了两种方式进行处理.TAT软件是将无楼板的节点定义为弹性节点,也就是表明该节点不受刚性楼板检测定的限制,其平动自由度独立（在这里所指的节点为梁柱交点）；SATWE软件是将所有楼板定义为弹性膜,由软件真实的计算楼板的平面内刚度,忽略楼板的平面外刚度.建议如果某层洞口面积大于楼层面积的30%以上时,应将全楼所有楼板定义为弹性膜比较符合实际,也可以将该层洞口边缘节点定义为弹性节点（即不考虑楼板的刚度）；如果屋面为刚网架时,应输入一板厚,定义为弹性膜,真实计算楼板的平面内刚度,比较符合实际.

结语：本文主要阐述了作者在设计工作中的一些心得及体会,笔者认为设计人员在结构设计中应首先判断结构方案的可行性,对可能碰到的问题,提前采取措施予以解决,并对所有计算结果认真分析、判断,这样才能设计出合格的建筑产品.