多层框架的结构设计

摘 要：四层框架结构沿街商业,一层用途为商业和车库,二层商业,三四层开敞办公,一二层连续错层.下面结合此工程实例就框架结构在工程设计中的应用、设计过程中遇到的设计问题及相应的结构措施,提出了个人观点,与同行共同探讨.

关 键 词：框架结构；多层框架；商业

一、工程概况

祥云国际城1#,2#沿街商业位于山东庆云,框架结构.建筑地上四层,结构主体高度15.300m.（主体高度为室外地坪至屋顶高度）.建筑长64m,宽17.400m,主要跨度为6m.

此工程一层用途为商业和车库,二层商业,三四层开敞办公,一二层连续错层（详楼梯剖面）给结构计算带来一些不便.

二、结构的整体设计

1.柱、梁、板的选取

按抗震规范6.3.5条规定,柱的截面宽度和高度,一、二、且超过2层时不宜小于400mm,结合工程为四层,柱距6m初步确定柱子截面500x500mm.根据抗震规范6.3.1规定,结合经验主梁高度取跨度的1/8～1/12,宽度取高度的1/3～1/2,次梁高度取跨度的1/12～1/16,宽度取高度的1/3～1/2初步确定主梁截面300x650mm,次梁截面250x600mm；因为夹层处层高要求,夹层处主梁选为300x450mm,次梁选为300x400mm.现浇楼盖中,板的砼用量约整个楼盖的50%-60%,板厚的取值对楼盖的经济性和自重的影响较大,在满足板的刚度和构造要求的前提下,应尽量采用较薄的板,考虑本工程的用途及板跨3m,结合设计经验楼层板取为100mm厚,屋面板取为120mm厚.

2.结构计算

（1）基础

基础为柱下钢筋混凝土独立基础,依据地质勘察资料基础持力层为①层粘土层,fak等于115KPa.天然地基不能满足设计承载力要求,需进行地基处理,处理后要求地基承载力特征值fspk≥270kPa,建议采用水泥粉煤灰碎石（CFG）桩进行地基处理,处理后的地基应满足下卧层承载力的要求及规范对变形的要求,并消除地基土的不均匀性.

（2）整体指标计算

本工程采用PKPM系列软件中的SATWE程序进行整体计算.结构位于7度区,主体高度小于24米,所以按框架进行抗震计算.SATWE计算的振动周期如表1所示（仅列出前三个周期）.从表中可以看出,T1为扭转周期,说明结构没有足够抵抗扭转侧移的能力.SATWE位移计算结果显示,X方向地震力作用下,最大层间位移角为1/1051；Y方向地震力作用下,最大层间位移角为1/1026,满足《建筑抗震设计规范》中表5.5.1条的规定钢筋混凝土框架结构弹性层间位移角限值1/550.SATWE超配筋计算结果显示一二层中间一排柱轴压比超限.

表1SATWE计算的振动周期（仅列出前三个周期）

根据计算结果,需要提高结构的抗扭转刚度,减小柱子轴压比.提高抗扭转刚度的有效办法是加强框架两端的抗扭转能力,如加大两端柱截面尺寸,加高两端梁高,因为本工程要求净高,所以我采用了加大柱截面的办法,把两侧山墙的柱子改为700x700mm.本工程3级抗震轴压比限制为0.9.工程中为了保证柱子的延性使柱子发生大偏心受压破坏一般控制轴压比在0.7-0.8之间.但从计算分析中有许多对轴压比有利的影响因素.只要控制好这些因素,可以适当的提高一些轴压比的限值.但是由于此工程一二层连续错层造成某些柱子剪跨比小于2,根据《建筑抗震设计规范》轴压比应减小0.05.减小轴压比,使柱发生延性好的大偏心受压破坏,保证在大变形下,仍有稳定的承载能力,从而保证框架柱“大震不倒”的有效办法是提高混凝土等级或者加大截面尺寸,此工程不考虑采用高强混凝土,因为高强砼虽可以减小轴压比,但是一般情况下,随着砼强度等级的提高,变形能力变差.而且梁板与柱的混凝土强度等级不一样,也给施工带来不便.所以采用了加大C轴一排柱子的截面尺寸的办法,但是本着经济节约负责的态度,C轴大截面截面的柱子从三层开始又缩回到500x500mm以节约投资.

三、遇到问题的处理方法及构造加强措施

1.在PKPM建模过程中首先遇到的问题是夹层和错层处如何处理：一层带有夹层,二层大面积错层,一层夹层标高相差较多所以建模过程中选用了增加标准层的方法,二层错层部位相差一米,是抬高梁标高还是增加标准层,按一层输入把梁标高抬上去,相交的地方按层间梁再输入一根梁,这样计算书不会出问题但是层间梁不属于楼层不参与刚度计算,而实际上没有楼板错层梁还是楼层梁,考虑此因素,再加上楼层大面积房间错层的情况,如果使用修改梁标高的方法,修改的工作量大,容易出现错误,所以最终我还是选择了增加标准层的方法,将错层部分的楼板人为地分开实现相同楼层梁板标高不同的目的.

2.由于楼板的错层所以就造成了很多柱子剪跨比2,形成短柱,对于短柱本工程采取了箍筋全高加密,对于剪跨比小于1.5的框架柱采取加对角斜筋措施.

3.超长问题的处理：本工程建筑长度64米,超过了《混凝土结构设计规范》第8.1.1条钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距为55m的规定,但是根据8.1.3条的规定当采取后浇带分段施工时伸缩缝间距可适当增大,所以此工程采取了从一层到顶层设置施工后浇带的措施.

4.楼梯的处理：在PKPM建模过程中,楼梯构建没有建入模型中,但实际楼梯应按整体的一部分参与抗震计算,为了解决此问题,把楼梯做成滑动支座与主体脱离开来,把其看成一个单独的构件进行计算.

四、结论

由本工程的结构设计,我们可以看到,地震作用比较复杂,而计算时只是简单地变任意方向为两个主轴方向,变弹塑性分析为弹性分析.故得出的结论不一定与实际情况完全相符.所以我们在认真计算的基础上还应重视概念设计,采取有效的构造措施等等.