摘要:本文闡述了多層框架結構在設計過程中的基本問題,當然實際工程可能會遇到更多問題,設計多層框架結構,設計人應首先判斷結構方案的可行性,對可能碰到的問題提前采取措施予以解決,并對所有計算結構認真分析、判斷,準確無誤后方可應用于實際工程。
　　關鍵詞:結構設計；多層建筑；設置問題
　　1框架結構薄弱層的判定與處理分析
　　薄弱層是指在強烈地震下,結構首先屈服并產生較大彈塑性位移的部位,這些部位的承載力是滿足設計地震作用下抗震承載力要求的,只有在地震烈度大于等于7度地區才會出現。
　　1.1如何判斷薄弱層
　　對于薄弱層的判斷,有個人指定、計算判定、強制認定三種方式。在PKPM的SATWE軟件里,設計人根據《建筑抗震設計規范》第5.5.4條規定或個人經驗可以直接指定哪一層為薄弱層；軟件在計算時,如果結構的抗側移剛度不規則。某層的抗側移剛度小于相鄰上一層的70％,或小于其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80％,或樓層承載力突變,滿足《建筑抗震設計規范》第3.4.2條豎向不規則的規定,軟件自動將該層指定為薄弱層；如果結構存在轉換層,即豎向抗側力構件不連續,那么不管該層剛度與上層或上三層的比值是
　　
　　圖1
　　否滿足規范要求,或樓層承載力是否滿足規范要求,必須強制認為該層為薄弱層。
　　1.2如何處理薄弱層
　　薄弱層是對抗震極為不利的結構層,原則上應避免出現薄弱層。避免出現薄弱層的最基本方法是加大該層的抗側移剛度,即加大該層的柱截面或梁截面；如果條件允許,可以改變該層層高或減少基礎埋置深度。當無法避免出現薄弱層時,在結構計算和出圖時必須按照規范規定采取相應的措施根據《建筑抗震設計規范》第3.4.3.2條及第5.5.2條至第5.5.5條的規定,除對薄弱層的地震剪力乘以1.15倍的放大系數外,還應對結構的樓層屈服強度系數進行驗算。樓層屈服強度系數為按構件實際配筋和材料強度標準值計算的樓層受剪承載力和按罕遇地震作用標準值計算的樓層彈性地震剪力的比值如果在地震烈度7度至9度地區的結構樓層屈服強度系數小于0.5時,應對結構進行彈塑性變形驗算,符合表5.5.5的規定。如果不符合上述要求,必須對結構布置進行調整。
　　2基礎系梁的設置問題
　　如果基礎埋置深度較深時,可以用基礎系梁減少底層柱的計算長度。在±0．00以下設置系梁,此時系梁宜按一層框架梁進行設計,同時系梁以下的柱應按短柱處理。如果工程條件符合《建筑抗震設計規范》第6.1.11條規定,應設基礎系梁。根據抗震要求,可沿兩個主軸方向設置構造基礎系梁。基礎系梁截面高度可取柱中心距的1/12～1/15。構造基礎系梁縱向受力鋼筋可取上述所連接柱的最大軸力設計值的10％作為拉力或壓力來計算。當為構造配筋時,應滿足最小配筋率；當基礎系梁上作用有填充墻或樓梯柱等傳來的荷載時,應與所連接柱子的最大軸力設計值的10％疊加計算。基礎系梁截面也應適當增加,算出的配筋應滿足受力要求和構造配筋要求。
　　構造基礎系梁頂標高通常與基礎頂標高相同。為減少基礎系梁計算跨度，可以將基礎梁下與獨立基礎的臺階或錐形斜坡之間的空隙部分用與素混凝土澆筑至與基礎頂面平齊,再澆筑基礎系梁。如果用基礎系梁平衡柱底彎矩,基礎系梁的截面尺寸與配筋應按框架梁設計。這時,拉梁正彎矩鋼筋應全部拉通,負彎矩鋼筋至少應在1/2跨拉通,基礎系梁的縱筋在框架柱內的錨固、箍筋的加密及其余抗震構造要求應與上部框架梁完全相同,且此時拉梁應設置在基礎頂部。綜上所述,如不設置基礎系梁,填充墻可以采用素混凝土條形基礎；如設置基礎拉梁,宜在框架柱之間設置,對于不在框架柱之間的墻體基礎可采用素混凝土基礎。
　　3樓板開大洞結構計算注意問題
　　樓板開洞的結構比較普通,如果開洞面積大于該層樓面面積1～30％,就屬于平面不規則了,計算時必須進行處理以PKPM軟件為例,TAT和SAT、IVE分別采用了兩種方式進行處理。TAT軟件是將無樓板的節點定義為彈性節點,也就是表明該節點不受剮性樓板假定的限制,其平動自由度獨立(在這里所指的節點為梁柱交點)；SAT—WE軟件是將所有樓板定義為彈iS膜,由軟件真實地計算樓板的平面內剛度，忽略樓板的片面外剛度。建議如果某層洞口面積大于樓層面積的30％以上時,應將全樓所有樓板定義為彈性膜比較符合實際,也可以將該層洞口邊緣節點定義為彈性節點(即不考慮樓板的剛度)；如果屋面為剛網架時,應輸入板厚,定義為彈性膜。真實計算樓板的平面內剛度,比較符合實際。在正確定義了彈性節點或彈性膜后,在后續計算中必須采用總剛計算法,否則側剛度計算法仍按剛性樓板計算結構內力和配筋,計算時應特別注意這一點。
　　4框架梁柱偏心問題
　　在實際工程中,由于建筑專業需要,外墻與柱邊平齊。這樣框架梁要么設挑耳,要么與柱偏心,設計人往往不知選擇哪種方法。如果框架粱設挑耳,可以保證框架梁與框架柱中心對齊，對梁、柱受力均有利,但往往會出現這樣一個問題,即填充墻的構造柱下部與上部縱筋不好錨固,筆者一般這樣處理的,如圖1所示。如果將框架梁與框架柱偏心,在地震作用下,往往會導致梁柱節點核芯區受剪面積不足,并對柱帶來扭轉效應,并且《建筑抗震設計規范》第6．1．5條對梁的偏心距做了專門規定。因此,建議外框架梁宜采用設挑耳的方法解決外填充墻偏心的問題。
　　5短柱
　　在框架結構中,如果柱凈高與柱截面高度小于等于4或剪跨比小于等于2,那么該柱為短柱。短柱在地震作用下,容易發生脆性破壞。因為短柱的受剪承載力及變形能力不足,會引起建筑物的嚴重破壞,設計上應盡可能避免。短柱的形成主要有兩種原因：一是由于樓梯間半休息平臺或結構局部錯層造成兩個框架梁之間的框架柱凈高較小引起的；二是填充墻設置不當,造成某層的框架柱兩側一部分無填充墻,一部分有填充墻,無填充墻的柱凈高與柱截面之比往往小于等于4,形成短柱。處理短柱主要是增加柱的抗剪承載力及改善其變形能力,一般采用復合箍筋,箍筋沿全高加密；保證短柱的縱向鋼筋對稱布置，且每側的縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2％的方式處理,也可以采用外包鋼板、配X形鋼筋等方式處理。
　　6部分計算參數的合理選用
　　6.1梁扭矩的折減
　　現澆框架結構中，如果梁兩邊沒有樓板或有弧形梁時，扭矩折減系數應為1.0：如果梁兩側均有樓板,應對梁的扭矩進行折減,折減系數一般為0.4。對于一般工程,梁的配筋應計算兩次；一次對所有梁的扭矩折減,計算出兩側都有樓板的梁的配筋；另一次對所有的梁扭矩不折減。計算出一側有樓板或兩側都沒有樓板的梁的配筋。這樣計算結構比較符合實際。這一點應引起設計人員的重視。
　　6.2梁端負彎矩調整系數與粱彎矩放發系數
　　結構計算時,框架梁在豎向荷載作用下,梁端負彎矩往往很大,造成鋼筋太密,無法施工；同時,由于框架結構一般為超靜定結構,框架梁在達到承載能力極限狀態之前,總會產生不同程度的塑性內力重分布,因此可以適當降低框架梁在豎向荷載作用下的負彎矩,通過平衡條件相應增大梁跨中彎矩。應注意這里只是降低梁在豎向荷載作用下的負彎矩,然后再與水平作用產生的彎矩組合設計。而梁彎矩放大系數僅在沒有考慮梁的活荷載不利布置時起作用，并且對梁的正負彎矩均起作用,且不可與考慮梁的活荷載不利布置同時考慮,這樣會引起梁彎矩增大,造成材料浪費。
　　7應用平法圖集須注意的問題
　　現在大部分地區的框架結構一般都用《混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖》(03G101—1)的平法表示梁、柱、剪力墻的配筋,在使用圖集時宜注意以下問題。
　　框架柱如果采用剖面列表法表示配筋時,應注意每層樓面標高以下的箍筋加密區長度應為框架梁高與規范規定的箍筋加密區長度(1/6柱凈高、柱截面高度、500mm中的較大值)之和,因為PKPM軟件出圖時加密區長度沒有包含梁高,而施工人員如果照圖施工。往往會造成箍筋加密區高度不夠。另外,由于一層建筑地面是在主體結構澆筑完畢后才施工的,如果一層地面為剛性地面,根據《建筑抗震設計規范》第6.3.10.2條規定,柱箍筋在剛性地面上下各500mm范圍內應加密,這一點往往被施工單位忽視,設計人應在設計圖紙中有明確交待。在框架結構中。井字梁支座上部縱筋的外伸長度應交待。此外,由于梁截面過小或承載力較大時,框架梁如設三排縱筋,建議調整梁截面或縱筋直徑改為兩排,否則,第三排縱筋的外伸長度應交待。
　　8非結構構件設計
　　根據《建筑抗震設計規范》第3.7.1條規定,非結構構件,包括建筑非結構構件和建筑附屬機電設備、自身冀其與結構主體的連接，應進行抗震設計。比如框架結構中女兒墻構造柱的設置,尤其注意女兒墻高度大于1.0m時,應注意采取結構構造措施,保證女兒墻的穩定；還有建筑裝飾用的砌塊柱的穩定性、突出屋面的小構架內力與配筋(應與主體結構一起輸入計算)。《建筑抗震設計規范》第13章對此有專門規定,設計人遇到類似工程應嚴格遵守此規定。突出屋面的屋頂間、女兒墻、煙囪的地震作用效應,宜乘以增大系數3,此增大部分不應往下傳遞,但與該突出部分相連的構件應計入。框架結構中突出屋面的電梯間、樓梯間、水箱間應采用框架承重,不應采用砌體承重。
　　9結束語
　　多層建筑框架結構設計是結構設計中較為基礎的設計,也是建筑結構設計中較為重要的一種形式。在設計時,如何處理各種不同的問題值得結構設計人員不斷探討和研究。實際設計過程中,應根據相關規范作科學合理的設計,文章就建筑框架結構設計時常遇到的問題進行分析并提出了具體解決措施。