钢筋混凝土多层框架房屋结构设计中应注意的几个问题

张亮

摘 要：随着我国经济的快速健康发展，建筑业发展水平也越来越高。钢筋混凝土多层框架结构是目前应用较广泛的建筑结构形式之一，它是由梁、柱、楼板和基础组成的承重结构体系，其柱网布置的灵活性使得该类建筑可以提供宽阔的空间及较高的空间利用率，在一些写字楼、住宅小区及商业建筑中应用非常广泛。但是该结构体系设计中也存在着一些问题，需要解决和重视，本文从框架结构设计、多层框架结构设计计算参数的选取，例如抗震等级、地震力振型组合数、结构周期折减系数以及框架梁、柱箍筋间距的选取，还有在多层框架结构设计中经常出现的一些问题进行了总结和分析，为设计工作者提供一些帮助和指导。

关键词：钢筋混凝土结构；多层框架结构；设计问题

1 前言

钢筋混凝土框架结构是当今建筑普遍采用的一种结构形式。钢筋混凝土结构与砌体结构相比较，具有承载力大、结构自重轻、抗震性能好、建造的工业化程度高等优点。与钢结构相比，具有造价低、材料来源广泛、耐火性好、结构刚度大、使用维修费用低等优点。

2 框架结构设计

框架结构体系是指通过节点连接的由梁和柱组成的一个整体，同时抵抗作用在整个结构上的水平向和竖向的载荷。框架结构则是指通过连接梁将若干个平面的框架连接起来形成的空间结构体系，按照平面框架的布置方向即基本承重结构的布置方向，将框架体系分为：

①横向框架承重方案，在这种方案中，主要承重框架沿房屋的横向布置，板和连系梁沿房屋的纵向设置。②纵向框架承重方案，在这种方案中，主要承重框架沿房屋的纵向布置，板和连系梁沿房屋的横向设置。③纵横向框架混合承重方案，在这种方案中，主要承重框架沿房屋的纵、横向布置。

框架结构按照材料的不同可分为两种类型，R.C框架和全钢框架。R.C框架又可按照施工方法的不同分为：现浇整体式框架（全现浇框架）、半现浇式框架、装配式框架以及装配整体式框架四种类型。现浇整体式框架即全现浇框架，优点是整体性较好，建筑布置灵活性能高，有利于抗震，缺点就是工程量大，模板耗费多，工期长。装配式框架的构件全部是预制的，在施工现场进行吊装和连接，优点是节约模板，缩短工期，有利于施工机械化。装配整体式框架是将预制梁、柱和板现场安装就位后，在构件连接处浇捣混凝土，使之形成整体，其优点就是，省去了预埋件，减少了用钢量，整体性要比装配式提高，缺点就是节点施工复杂。框架结构布置包括总体高宽比，柱网布置、承重框架布置、层高设置变形缝的设置以及主次梁布置等。

3 框架结构的优缺点

框架结构体系是由横梁与柱子连接而成.梁柱连接处（称为节点）一般为刚性连接，有时为便于施工和其他构造要求，也可以将部分节点做成铰接或者半铰接.柱支座一般为固定支座，必要时也可以设计成铰支座.框架结构可以分为现浇整体式，装配式，现浇装配式。

框架结构的布置灵活，容易满足建筑功能和生工艺的多种要求。同时，经过合理设计，框架结构可以具有较好的延性和抗震性能。但是，框架结构承受水平力（如风荷载和水平地震作用）的能力较小。当层数较多或水平力较大时，水平位移较大，在强烈地震作用下往往由于变形过大而引起非结构构件（如填充墙）的破坏。因此，为了满足承载力和侧向刚度的要求，柱子的截面往往较大，既耗费建筑材料，又减少使用面积。这就使框架结构的建筑高度受到一定的限制。目前，框架结构一般用于多层建筑和不考虑抗震设防，层数较少的的高层建筑（比如，层数为10层或高度为30米以下）。

4 多层钢筋混凝土框架结构计算中应注意的问题

4.1 独立基础设计的荷载取值

钢筋混凝土多层框架房屋的基础形式多采用的是柱下独立基础。在基础设计中，合理地选取荷载设计值，是基础结构设计的重要环节。实际工作中，常会出现2种情况：①依据GB50011-2001《建筑抗震设计规范》第4.2.1条指出的“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25m以下的一般民用框架房屋或基础荷载相当的多层框架厂房，可不必进行天然地基和基础的抗震承载力验算”的要求，忽略风荷载的影响；②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、弯矩设计值而无剪力设计值，甚或只取轴力设计值。工程设计实践证明，这2种情况的设计结果都会导致基础尺寸偏小、配筋偏少。如果在涉及混凝土多层框架房屋的整体计算分析中输入风荷载，让轴力设计值、弯矩设计值和剪力设计值共同作用于柱脚，基础本身及其上部结构的安全就更为可靠。

4.2 基础拉梁层计算模型的选定

用TAT或SATWE等电算程序进行框架整体计算时，对于基础拉梁层无楼板的情况下，楼板厚度应取0，并定义弹性节点，用总纲分析方法进行分析计算。当房屋平面不规则时，虽然楼板厚度取0，也定义弹性节点但未采用总纲分析，程序分析时却自动按刚性楼面假定进行计算，这与实际情况不符，设计过程中要特别注意这一点。

4.3 结构的抗震等级

在工程设计中，多数房屋建筑按其抗震设防分类属于丙类建筑，如民用住宅、办公楼及一般工业建筑等等，其抗震等级可根据烈度、结构类型和房屋的高度按《建筑抗震设计规范》表6.1.2确定。对于电讯、交通、能源、消防和医疗等类建筑以及大型体育场馆、大型零售商场等公共建筑，可首先根据GB50223-2004《建筑抗震设防分类标准》确定其中哪些建筑属于乙类建筑（可能还有甲类建筑，本文不涉及）。若为丙类建筑，其地震作用均按本地区抗震设防烈度计算；若为乙类建筑，一般情况下，当抗震设防烈度为Ⅵ～Ⅷ度时，抗震措施应符合本地区抗震设防烈度提高I度的要求。例如，位于Ⅷ度地震區（如北京）的乙类建筑，应按Ⅸ度由《建筑抗震设计规范》表6.1.2确定其抗震等级为一级；当Ⅷ度乙类建筑的高度超过表6.1.2规定的范围时，还应经专门研究，采取比一级抗震等级更有效的抗震措施。

4.4 地震力的振型组合数

地震力的振型组合数，对高层建筑，当不考虑扭转耦联计算时，至少要取3；当振型数多于3时，宜取3的倍数，但不应多于层数；当房屋层数≤2时，振型数可取层数。对于不规则的结构，当考虑扭转耦联时，对高层建筑，振型数应取>19：结构层数较多或结构刚度突变较大，振型数应多取。如结构有转换层、顶部有小塔楼、多塔结构等，振型数应取l2或更多，但不能多于房屋层数的3倍；只有当定义弹性楼板，且采用总刚分析，必要时振型数才可以取得较少。《建筑抗震设计规范》指出，合适的振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90%所需的振型数。SATWE等电算程序已有这种功能，可以很方便地输出这种参与质量的比值。有些设计人员不大重视电算程序使用手册的应用，选取振型数时比较随意，这是应当改进的。此外，对于耦联计算，可在必要时补充非耦联计算。

5 结束语

在开展钢筋混凝土多层框架结构建筑的设计时，工作人员要严格按照设计规范要求，结合工程实际，对多层框架结构中的板、柱、梁以及结构体系中的关键给予关注和重视，对有可能出现的问题和现象，提前采用应对措施予以解决，并对计算结果进行判断、分析，经过验算、确认无误后再投入工程施工。

参考文献：

[1] 李世永.多层框架房屋结构设计中应注意的几个问题探讨[J].科技传播，2012（24）.

[2] 张士军.多层框架民用建筑结构设计问题研究[J].门窗，2015（7）.