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摘要:伴随建筑行业的快速发展,多层建筑结构如雨后春笋般的呈现在大众视野中,但需注意如何保证建筑结构整体质量要求在设计中,严格把控框架结构设计环节。本次研究将从基础系梁、框架结构薄弱层、短柱与梁柱问题以及其他问题角度出发,对当前多层建筑结构框架结构设计面临的问题进行分析,并提出相关的解决策略。
关键词:多层建筑结构;框架结构;问题;处理
1多层建筑框架结构基础系梁设计问题与处理
框架结构的设置可适应现阶段多层建筑结构大空间需求,但由于其仅能与抗侧向拉力要求吻合,可能无法与抗震设计要求吻合,尽管狂阶整体优势较为明显,但其中涉及较多与抗震设计相关的问题。其中基础系梁的设计是框架结构设置需考虑的首要问题。对于部分基础埋置较深情况,底层柱计算长度可借助基础系梁减少,如低于±0.00进行系梁设计,需以一层框架梁为参照设计,而系梁下部分柱可按短柱进行处理[1]。
2多层建筑框架结构薄弱层设计问题与处理
2.1框架结构薄弱层判定
所谓薄弱层,可理解为强烈地震所致结构屈服,有弹塑性位移情况产生,为位移的部位在承载力设计上应达到抗震承载力要求。框架结构设计中,对于薄弱层集中表现在如何判定方面。目前,相关规范与大多研究资料中,指出计算判定、个人指定与强制认定是薄弱层判断主要方式。如选用SATWE软件,结合抗震设计相关规范,或参照个人经验进行薄弱层的判定。若直接通过软件计算判定,则需对结构抗侧移刚度计算,软件自动完成薄弱层指定过程。
2.2薄弱层问题处理
薄弱层问题处理是框架结构设计中的主要部分,原因在于该层存在可能影响抗震。因此,框架结构设计中从原则上要求控制薄弱层的出现,而控制的常用方法为对该层抗侧移刚度加大,确保该层梁截面、柱截面均加大,或在设计中通过基础埋置深度的控制、层高调整达到设计目的[2]。
3楼板开洞问题与处理
框架结构设计中,楼板开洞结构较为常见,实际处理中需注意,若相比该层楼面面积,楼板开洞面积超出其1-30%,则视为平面不规则,此时需选用不同的处理方法。以PKPM软件为例,处理过程中通过TAT软件,强调弹性节点取无楼板的节点,如梁柱交点,平动自由度独立。而软件SATWE以弹iS膜表示所有楼板,对楼板平面内刚度计算,而平面外刚度忽略计算。结合近年来大多研究资料中对楼板开洞问题的处理,若与楼层面积比较,某层洞口面积超出30%以上,各楼板均可视为弹性膜,或在忽略楼板刚度的情况下,以弹性节点表示该层洞口边缘节点。
4框架结构中短柱与梁柱问题处理
4.1短柱问题处理
关于短柱,可理解为框架结构内剪跨比≤2,或柱截面高度、柱净高≤4,该柱可视为短柱。整个框架结构中,一旦有地震作用力影响,短柱出现脆性破坏的可能性较大。若短柱变形能力、受剪承载力较低,建筑物可能因此被破坏。从短柱形成原因看,首先表现结构设计中因局部错层、楼梯半休息平台错层,导致框架梁内框架柱净高降低,此时便会形成短柱。其次,框架结构设计中若填充墙等设置不合理,导致框架柱一侧有填充墙,而另一侧无填充墙,此时测量可发现,在无填充墙一侧,取柱截面、柱净高比值计算,为4或更小,视其为短柱。
4.2梁柱问题处理
由大多工程看,框架施工往往强调柱边、外墙保持平齐,此种框架梁可能出现设挑耳情况,或与柱偏心。以其中设挑耳情况为例,优势在于框架柱中心、框架梁保持对齐,梁柱受力均不会受到影响,但也有一定的不足之处,如填充墙构造柱纵筋难以进行锚固问题[3]。
5多层建筑结构设计中框架结构其他问题与处理
框架结构设计除上述问题外,也有其他较多问题,如如何选用计算参数、平法图集应用、非结构构件设计等,这些均是影响结构整体质量的重要因素,要求采取针对性的处理方法。
5.1合理选用框架结构计算相关参数
框架结构设计中,涉及的计算参数较多,如梁扭矩折减、梁弯矩放大系数、梁端负弯矩调整系数等。首先,从梁扭矩折减看,在现浇框架结构内,若无弧形梁、楼板设置于梁两侧,则为1.0折减系数。若有楼板设置于梁两侧,此时梁扭矩折减,为0.4折减系数。包括框架结构施工在内的大多工程,在做梁配筋计算中,计算首先从梁扭矩折减方面着手,进行楼板梁配筋计算,另外计算中考虑梁扭矩不折减。通过这种计算方式,有助于结构设计合理性的提高。其次,参数选用中应对梁端负弯矩调整系数计算,一般结构计算中,考虑到竖向荷载作用于框架梁中,可能产生较大的梁端负弯矩,致使钢筋较为密集,影响施工,且因框架结构在承载作用力影响下,可能产生塑性内力分布,所以应对竖向荷载作用力下框架梁的负弯矩进行降低控制,如设置平衡条件,使梁跨中弯矩增大。此外,对于梁弯矩放大系数,设计中虽然考虑较少,但若出现梁活荷载影响结构布置、梁正负弯矩被影响,则应对梁弯矩放大系数进行计算。
5.2平法图集应用相关问题处理
框架结构的设置有实际平法图集作为参考,如相关构造详图、制图规则等,军利用平法对剪力墙配筋、梁、柱进行表示。虽然平法图集的应用可用于设计参考,但实际应用中仍有较多注意事项。如框架柱,其配筋通过剖面列表法描述,要求对各楼面标高下箍筋加密位置长度控制,该长度要求达到规范中箍筋加密长度、框架梁高两者之和,但由于部分软件引用下,其中的加密区长度并未将梁高涵盖其中,若以该施工图为参照施工,最终会出现箍筋加密区高度不符合施工实际要求情况。
5.3非结构构件设计问题与处理
非结构构件作为目前多层建筑结构设计的重要部分,主要涉及非结构构件、附属设备以及其他结构主体连接等,这些结构均应在抗震设计中引起注意。以女儿墙构造柱为例,在框架结构中较为常见,设置过程中若其高度超出1.0m,需考虑将结构构造措施引入,尽可能使女儿墙稳定性得以维持,同时其他小构架、装饰用砌块柱均应是非结构构件设计的要点。有研究资料中对于非结构构件设计问题提出较多针对性解决策略,如对于烟囱、女儿墙、屋顶间等,其地震作用效应同增大系数3相乘,且增大部分避免向下传递。再如其他水箱间、楼梯间、电梯间均为框架结构内突出屋面部分,设计中应做到框架承重,而非砌体承重。
结论
框架结构的设计是当前多层建筑结构设计需考虑的主要问题。由于框架结构本身以梁、柱为主体,面临水平与竖向荷载作用,所以设计是否合理将直接影响其承载力,严重时将导致建筑整体结构质量受到影响。本次研究中能够发现,当前框架结构设计存在较多问题,如基础系梁设计、薄弱层、楼板开洞、短柱与梁柱以及其他如何选用计算参数、平法图集应用、非结构构件设计等问题,这些均要求采取针对性的处理方法解决,以此提升框架结构以及建筑整体质量。
参考文献
[1]肖健.多层建筑结构设计中框架结构的问题和处理[J].门窗,2016(09):131.
[2]尹晓娇,张璐.多层建筑结构设计中框架结构的问题分析与处理[J].信息化建设,2015(12):148.
[3]郝艳伟.多层建筑结构设计中框架结构的问题与处理[J].四川水泥,2014(09):142.