多层建筑钢筋混凝土结构设计相关问题的分析

刘化冰

摘 要：在房屋建筑设计中，钢筋混凝土结构的应用非常广泛，但是在实际设计中，设计者在计算等过程中会出现各种各样的问题。本文笔者结合实际工作经验，针对多层建筑钢筋混凝土结构设计相关问题进行分析，为同行朋友们提供借鉴。

关键词：多层建筑；钢筋混凝土结构设计；相关问题

当前，随着建筑高度的不断增加，城市以及农村部分地区出现了越来越多的高层建筑，而且建筑的类型更加复杂，结构体系也更加多样化，所以，多层建筑结构设计成为工程师设计的难点以及重点。在多层建筑中，钢筋混凝土框架结构的使用非常广泛，但是其中存在较多的问题，只有正视这些问题，改善不足之处，才能增加建筑的安全和质量。

1 独立基础载荷取值不当以及框架计算简图不合理的问题

首先，当建筑在六层以下时，钢筋混凝土结构的房屋一般都采用柱下独立基础。依据《建筑抗震设计规范》中的规定，如果地基受力层中没有软弱粘性土层，而且房屋建筑在8层以下，高度不超过25m时，一般的民用框架房屋以及基础负荷相当的多层框架建筑可以不进行天然地基以及基础抗震承载力验算，但是风载荷的影响必须在基础设计中充分考虑。所以，在多层钢筋混凝土建筑的整体计算分析中，应当输入风载荷，不能因为是一般的建筑而忽略了风载荷的输入。另外，在对独立基础进行设计时，作用在基础顶面上的外荷载通常只考虑了弯矩设计值以及轴力设计值，没有考虑剪力设计值，有时甚至只考虑了轴力设计值。这两种情况都会造成基础设计尺寸过小，配筋过少，对基础本身以及上部结构的安全造成影响。其次，当多层钢筋混凝土结构的房屋建筑无地下室时，其独立基础埋设深度较大，在地下0.05m处设有基础拉梁时，基础拉梁则应当按照层1输入。我们以某单位宿舍楼建筑为例进行说明，该项目建筑为3层钢筋混凝土框架结构，建筑类型为丙类，建筑场地为Ⅱ类；建筑单层高度为3.3m，基础埋深为4m，基础高度为0.8m，建筑内外高度差为0.45m。依据相关规定，该工程项目在8度抗震地区，建筑框架结构的抗震等级为二级。在设计时，设计师在计算式按照3层框架房进行，首层高度取值3.35m，也就是假设房屋嵌固在位于地下0.05m处的基础拉梁顶面上。按照构造对基础拉梁断面以及配筋进行设计，基础在根据中心受压进行计算。这种计算简图是非常常见的，其中也存在一定的问题。首先，拉梁按照构造进行设计，其无法与柱脚弯矩进行平衡。其次，依据《混凝土结构设计规范》中的有关要求和规定，框架结构底柱高度应当是基础顶面与首层楼顶面之间的高度，所以本案例中的框架结构应当按照4层进行计算分析，基础拉梁按照层1输入，如果有载荷作用于拉梁，则应当在计算时考虑该载荷。这样计算出的首层高度应当为3.15m，第二层高度应当为3.35m，第三层以及第四层的高度均为3.3m。按照《建筑抗震设计规范》中的相关规定，计算框架柱底层柱脚弯矩设计值时，必须与增大系数1.25相乘。在设拉梁层时，通常会由基礎拉梁顶面处的截面或者基础顶面出的截面控制底层柱的配筋，所以必须明确究竟是哪种控制方式。

2 基础拉梁层设计模型脱离实际，基础拉梁设计不当的问题分析

采用SATWE或者TAT等程序对框架整体进行计算式，基础拉梁层无楼板，则应当将楼板厚度取值为零，同时要定义弹性节点，在分析计算时要采用总刚分析的方法。但是在实际操作中，虽然已经定义弹性节点，楼板厚度取值为零，但是没有采用总刚分析计算，程序则会默认按照刚性楼面进行计算，出现与实际不符合的情况。所以在选择设计模型时，必须注意这一问题。一般情况下，由于多层钢筋混凝土框架结构的基础埋深值较大，可以采用在±0.000以下合适位置增设基础拉梁，进而减小底层的位移以及底层柱的计算长度，但是在设置基础拉梁时，应当按照框架梁来设计，不能按照构造要求，同时还要设置箍筋加密区。针对抗震问题，应当采取短柱基础方案。通常情况下，当独立基础埋设较深但是采用短柱基础，或者埋设不深时，因为柱子荷载差别较大或者地基不良，应当根据要求，沿两个主轴方向设置构造基础拉梁。基础拉梁截面宽度以及高度的取值范围分别为柱中心距的1/20-1/30，1/12-1/18。基础拉梁的截面可以在该范围内取最小值。对于纵向受力钢筋，其取值大小为所连柱子轴力设计值最大值的1/10，当作压力或者拉力进行计算。在构造配筋时，在符合最小配筋率的要求下，还必须满足上下不小于一定的数值范围。当框架底层高度不大或者基础面深较小时，为了与柱底弯矩进行平衡，可以采取将基础拉梁设计得比较强大的方法。此时，拉梁正弯矩钢筋必须全跨拉筒，负弯矩钢筋则有一半以上拉通。

3 多层建筑结构设计中楼梯以及电梯的小井筒的设计问题

对于多层框架结构建筑而言，应当不设置钢筋混凝土楼梯以及电梯小井筒，一方面是由于井筒下的基础设计相对复杂，另一方面是由于钢筋混凝土井筒会将框架结构所承担的地震剪力吸收。所以在设计井筒时，通常采用构造柱夹砌体材料作为填充墙，形成隔墙。如果建筑必须采用钢筋混凝土作为井筒的材料时，则应当适当减小墙壁厚度，同时采取开结构洞、开竖缝等措施弱化刚度，为了减小井筒作用，配筋应当配置少量单排钢筋。在进行设计计算时，除了要根据框架确定抗震等级计算之外，还必须依据带井筒的框架进行复算。另外，还需要强调的是，框架结构出屋顶的水箱间以及楼电梯间等，不能采用砌体墙承重，应当采取框架承重的方法，同时考虑到鞭梢效应，还应该乘以增大系数。在设计雨棚等构件时，不得从填充墙上挑出，应当从承重梁上挑出。夹层梁以及楼梯梁不得在填充墙上承重，应当承重在柱上。

4 结构计算中部分重要参数的选取问题

（1）结构抗震等级的确定。在实际中，根据抗震级别，大部分多层建筑都属于丙类建筑，比如办公楼、民用住宅等，可以根据结构类型、房屋高度以及烈度，按照《建筑抗震设防分类标准》确定建筑的建筑的抗震等级。对于能源、交通、消防以及医疗类建筑等公共建筑而言，要参考《建筑抗震设防分类标准》判断哪些建筑属于乙类建筑（甲类建筑本文不讨论）。对于乙类建筑，通常情况下，如果抗震设防烈度为6度到8度时，应当采取符合本地区抗震设防烈度提高一度要求的有关措施。

（2）要确定地震力的振型组合数。如果不考虑扭转耦联计算时，对于多层建筑而言，其地震力的振型组合数应当取3，如果振型数大于3，也应当取3的倍数，但是不能大于层数。如果建筑层数在三层之下时，可以用层数作为振型数。但是对于结构不规则的多层建筑，如果考虑扭转耦联时，振型数取值应当不小于9，如果结构刚度突变较大或者结构层数较多时，振型数应当多取。如果在建筑的顶部存在多塔以及小塔楼时，振型数则应当不小于12，但是不能大于房屋层数的3倍。

（3）结构周期折减系数的确定。对于框架结构以及框架抗震墙等结构，由于存在填充墙，所以计算刚度要小于实际刚度，而实际周期则小于计算周期，由此造成地震剪力偏小，影响结构的安全。所以必须对结构的计算周期进行折减。当框架结构采用砌体填充墙时，周期折减系数取值范围为0.6到0.7，采用轻质砌块或者砌体填充墙较少时，系数取值范围为0.7到0.8，如果砌体完全采用轻质墙体板材，周期这件系数可以取值0.9，只有不存在填充墙时，计算周期可以不折减。

总而言之，多层建筑钢筋混凝土结构设计是一个复杂、长期的过程，在此过程中，任何错误或者疏忽都会对整个设计造成影响，产生安全隐患。所以，在结构设计中，必须对可能存在的问题进行慎重考虑，严格遵守一定的要求和规范，提高设计的质量，保证建筑的安全。

参考文献

[1]刘双庆.钢筋混凝土结构设计常见问题解析[J].四川建材，2009，（04）.

[2]陈剑峰.钢筋混凝土结构设计中需关注的几个问题[J].中国科技信息，2007（10）.