钢筋混凝土多层框架结构设计的探讨
作者:曹捷 陈军     来源:新外建

【摘 要】 随着社会经济水平的不断发展, 近些年来, 大型超市如雨后春笋般在各地逐渐兴起。此类商业建筑均具有大空间, 大跨度, 荷载大的特点。本文针对钢筋混凝土多层框架结构形式的商业建筑设计中涉及的一些概念性、实际性问题, 如: 框架计算简图、抗震等级的确定, 短柱设计, 周期折减, 对超长混凝土结构如何有效设置后浇带及控制和抵抗温度收缩应力等, 依据现行规范, 运用设计理论并结合实际经验提出了相应的解决措施。
文章不仅强调了这些问题的重要性, 而且为具体设计工作给出了可借鉴的方法, 对于正确理解设计理念,确保设计质量起到一定的帮助作用。


钢筋混凝土多层框架结构作为一种常用的结构形式, 具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点, 目前已被广泛地应用于各类多层的工业与民用建筑中。近年来, 随着计算机技术的不断发展, 框架结构的计算也由手算转向电算, 计算精度日益提高, 设计人员的工作强度逐渐降低。但是, 在框架结构的设计当中, 仍然存在着一些概念性和实际性的问题需要设计人员予以重视以确保设计质量的提高。本文从几个方面提出了这些问题并给出了解决措施。


图一 框架计算简图 


1. 框架计算简图的确定
1.1无地下室的多层框架房屋
1.1.1 基础埋深较浅时
现浇的框架结构梁柱刚接,计算简图的确定主要是确定底层柱的计算长度。根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2002(以下简称《结构规范》)第7.3.11条第2项规定:一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构,底层柱的计算长度取基础顶面到一层楼盖顶面的高度;装配式框架取1.25H 。这项规定在一般情况下很明确,但是在实际设计时,由于基础尚未设计,基础顶面标高无法确定,因此无法得到H值。这时,应该根据基础经验估算基顶标高,或者采用房屋底层层高加1m的经验值作为H值取用,这样做比仅取底层层高作为H值符合要求。 
1.1.2基础埋深较大时
为了增加房屋底部的整体性,减小位移,有时在±0.000m附近设置基础连系梁。这种情况下,底层柱H值如果仍按1.1.1中取用显然不合适,因为基础连系梁与柱刚接,底层柱被梁分成了两部分。如果H值取用基础连系梁顶面到一层楼盖顶面的高度,显然也不合适,因为首先基础连系梁的设计有时仅为构造设计,无法平衡底部柱脚的弯矩,亦无法作为上部结构的嵌固部分;另外这样做也与《结构规范》第7.3.11条相悖。理想的做法是:将基础连系梁以下的部分看作底层,柱的H值取用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H1取用连系梁顶层至一层楼面高度。
应当注意的是:当采用这样的计算简图时,底层柱的配筋应取用基础连系梁顶面和基础顶面中较大的内力设计值进行计算。
1.2 带地下室的多层框架房屋
对于带地下室的多层框架结构,合理确定上部结构的嵌固位置是一个关键问题。对此,图三 ③轴框架计算简图《结构规范》和《建筑抗震设计规范》GB50011-2001(以下简称《抗震规范》),都没有明确地提出具体位置,需要具体问题具体分析。对于能够满足《抗震规范》第6.1.14条规定的地下室结构或者采用箱型基础时,可以将地下室顶板作为框架上部结构的嵌固位置,在利用PKPM系列软件进行设计时,楼层总数仅输入地下室以上的实际层数,底层的层高H取实际层高。这样计算出的地震作用与实际情况较为接近,但对于竖向荷载的计算需要计算至底层的柱底处。
对于不能满足《抗震规范》第6.1.14条规定的地下室结构或者采用筏板式基础时,嵌固位置最好取在基础顶面。此时,利用电算进行楼层组合时,总层数应为实际的楼层数加上地下室的层数。例如:当房屋地上为5层,地下为2层时,总层数取7层。按此确定的计算简图经整体计算后,地震作用相对保守,结构设计偏于安全。另外,对于竖向荷载可一次性算至基础顶面,便于基础设计时直接采用相关内力。


2. 与井字梁相连的框架计算
当多层框架房屋顶层或楼层局部为大空间时,经常采用井字梁板的结构形式,见图2。对于井字梁直接作用在其柱上的某榀框架,在使用PMPK软件进行设计时,切忌不可机械地使用程序。


图二 顶层井字梁板示意图
井字梁不同于普通的梁,其纵、横向的梁互为支撑共同受力,不能将支撑于框架柱上的井字梁视作框架梁。但是,通过PM软件直接形成的框架计算简图(见图③轴框架计算简图),却把屋顶的井字梁作为了一根框架梁,这是完全错误的。

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