框架结构多层建筑结构设计问题的处理措施分析

朱朝勇

【摘要】多层建筑在结构设计中，常常采用框架结构体系。本文结合笔者多年来的结构设计实践，参考相关设计规范规程，分析了结构设计中框架结构的几个常见问题，提出相应措施。

【关键词】多层建筑；框架结构

钢筋混凝土框架结构的优点是可以给建筑设计一个灵活的平面设计，而且使用空间大，延性较好，比较容易满足建筑设计对房间布置的要求，同时框架结构自重较轻。因此框架结构形式是目前应用最为广泛的建筑结构形式之一，住宅小区、办公楼、教学楼以及商业建筑中经常看到此类建筑结构体系。

框架结构设计原则是刚柔并济的结构体系，多道抗震防线，“强柱弱梁”、“强剪弱弯，强节点强锚固。在进行框架结构设计的时候，要求设计师把握好结构方案，并且要求满足承载力、变形、裂缝、挠度等是结构设计人员的基本设计原则。

虽然框架结构形式相对简单，在结构设计中依然有较多的问题，而且建筑设计对建筑造型以及建筑功能的要求都越来越高，框架结构在近年来的强震中很多倒塌或者存在较大程度的损毁，证明现有结构在抗震设计中依然存在较多问题。

1、框架结构设计中注意的一些问题

1.1模拟施工次序的问题

目前在框架结构设计计算中，施工模拟3是常采用的施工模拟方法，它采用的是分层加载以及分层刚度的模型，假定每个楼层加载的时候，下部楼层已施工完成，并且该层加载时下部无变形，下面各层的受力变形不会影响到本层及上部各层，该层的受力和位移变形主要由本层及其以上各层的受力和刚度来决定。优点是避开了一次加载常见的梁受力异常的现象，它的问题是难于应对一些复杂的施工情况。首先是带转换层的框架结构，一般的实际施工情况是转换层和它上面的2层共同作为一个施工次序来施工，而采用施工模拟荷载3造成了转换梁的受力计算的不正确，造成转换梁的弯矩和剪力比实际情况大。然后是出现抽柱和悬挑的楼层，实际中往往是将该层与它下面紧邻楼层一起施工，施工模拟荷载3同样不能做到这样的设定，造成悬挑梁计算不正确。

1.2基础底面积的确定问题

框架结构多采用独立基础，在确定基础底面积的时候，一些设计人员采用satwe计算书中“底层墙柱最大组合内力”进行设计，这样的设计方法对于柱下独立基础而言，即使是采用最大组合内力计算，依然是偏于不安全的。影响独立基础底面积大小的主要因素为轴力和弯矩。在各种内力组合中，某种内力很大时，其他内力可能很小，如最大轴力对应弯矩和剪力有可能偏小，由这种组合并不一定是最不利组合，而较小轴力所对应的弯矩和剪力有可能很大，这样的组合有可能是最不利组合。而对于柱下联合基础、条形基础、筏形基础等整体性基础，其计算结果也不合理。

1.3底层柱计算长度的确定

根据《混凝土结构设计规范》[1]规定：一般多层房屋底层柱的计算长度中H取基础顶面到一层楼盖顶面的高度。当基础埋置较深时，一般在正负零标高附近设置基础连系梁，以增加建筑底部结构的整体性，减小结构的水平位移。将基础连系梁以下的部分看作底层，此时的H值取基础顶面至连系梁顶面的高度，而把实际建筑的底层作为第二层考虑，层高H取连系梁顶层至一层楼面高度，这在框架结构的设计中经常被忽略。

1.4框架填充墙设置的问题

填充墙的竖向以及平面布置均是框架结构的设计中的需要特别注意的地方，填充墙设置不当引起的震害事故，在地震中有不少的案例记录。某些房屋为满足底部功能需要大空间，使上部填充墙多于下部填充墙，形成上柔下刚的结构体系，在地震中破坏严重，甚至出现下部完全破坏上部完好的情况；某些房屋填充墙偏置于房屋的一侧或者一侧过多，另一侧过少，结构质量以及刚度重心偏置，造成地震作用时出现扭转，引起框架结构构件内力的增加；框架柱子之间嵌砌的整开间的窗台填充墙，实际上会减少柱子的净高，有可能使框架柱形成短柱，而在地震中，上部短柱形成剪切裂缝，填充墙可能吸收部分地震能量，使两端框架柱的受力更大。而在结构设计中，这些情况往往都会忽略，造成框架结构在地震中的破坏。

在结构设计中如果忽略填充墙参与抗震作用，仅仅只考虑框架梁柱的刚度，就会造成结构构件在地震作用下承受的作用力大于计算，降低了结构的安全度。当按照相关规范规定，考虑填充墙的数量确定结构的周期折减系数，放大地震作用，可以消除此项隐患，但是，框架部分却承担了全部的地震作用，不考虑填充墙的抗侧刚度，这样也会降低整个结构的安全系数。

2、相应措施探讨

本文提出以上问题均是在近年来框架结构设计中经常会遇到的一些问题，对于模拟施工荷载的问题，应采用可以让用户自定义施工顺序的软件对结构进行复核，正确计算转换层转换梁的实际受力情况，正确计算悬挑楼层悬挑梁的实际受力情况；对于基础底面积的确定问题，在结构设计时尽量采用JCCAD读取SATWE的荷载对基础进行设计，程序可以自动根据《建筑地基基础设计规范》的规定组合内力进行基础相关计算。若不采用此方法，宜采用首层内力标准值中输出的各个荷载（重力荷载、风荷载、地震作用）分别下的作用力标准值，再按规范的内力组合原则，对框架结构基础进行手工计算；对于框架底层柱计算长度的确定问题，应当分带基础连系梁和不带基础连系梁模型，分别对结构进行计算并包络设计；而框架结构填充墙的设置，应该做到平面和竖向布置要做到均匀和对称，避免出现抗侧刚度偏心导致扭转，同时采取措施减少上下层的刚度差异，同时对设置窗间墙造成框架结构短柱注意加强抗震构造措施，同时，填充墙尽量采用轻质隔墙，以减少结构的地震作用。

结语：

框架结构设计是目前应用最为广泛的建筑结构形式之一，虽然形式相对简单，但是在结构设计中依然有较多的问题，本文提出了一些近年来笔者在框架结构设计中遇到的一些新问题，并提出處理措施建议。随着我国经济的发展需要，建筑造型和建筑功能对结构要求的进一步提高，结构难题也越来越多，这就要求结构设计人员不仅要求有良好的结构概念，同时要有大胆，灵活的结构设计理念，才能设计出即安全又出色的建筑。

参考文献：

[1]GB50010一2010，混凝土结构设计规范[S].

[2]王长军.钢筋混凝土框架结构的抗震设计理念[J]. 煤炭工程，2010，（07）.

[3]黄靓，施楚贤，熊辉.带砌体填充墙结构在地震作用下的安全性质疑[J].建筑结构。2005，35（3）：57—65.