結構設計常見問題及對策

　　結構設計是建筑施工設計的關鍵，結構設計有許多細節技術問題需要注意，本文總結幾個多層框架結構設計中值得注意的問題并提出相應對策。

　　《工程管理學報》是國家住房和城鄉建設部主管的綜合類國家科技期刊，由哈爾濱工業大學、中國建筑業協會管理現代化專業委員會主辦。期刊原名是創建于1985年，1987年國內外公開發行的《建筑管理現代化》。2009年底，經國家新聞出版總署研究同意，更名為《工程管理學報》，現為雙月刊，刊號：ISSN1674-8859/CN23-1564/TU;國內外公開發行代號：14—173。

　　1 截面尺寸的選擇

　　梁、柱截面尺寸的選擇是框架結構設計的前提，除應滿足規范所要求的取值范圍，還應注意盡可能使柱的線剛度與梁的線剛度的比值大于1，以達到在罕遇地震作用下，梁端形成塑性鉸時，節點仍處于彈性工作階段的目的，即規范所要求的“強柱弱梁強節點”。

　　2 獨立基礎設計荷載取值

　　通常情況下，多層框架房屋采用的是柱下獨立基礎的形式。《抗震規范》中明確指出，在地基的主要持力層沒有軟弱粘性土層的情況下，當建筑高度在24 m 以下且層數不超過8層的一般民用建筑，可以不對地基和基礎的抗震承載力進行驗算。但是在進行基礎設計時應該將風荷載考慮進去; 所以，不能因為一般建筑在地震區風荷載不是控制荷載而忽略了。還有些設計師在進行獨立基礎設計時，柱腳內力設計值取值不合理，只對軸力與彎曲采取了設計值，而未能考慮剪力，還有些甚至只取了軸力設計值。若獨立基礎的設計荷載取值不合理，將會導致建筑結構的不安全或者材料浪費。

　　3 框架計算簡圖要合理

　　無地下室的鋼筋混凝土多層框架房屋，獨立基礎埋置較深，在-0. 05 m 左右設有基礎拉梁時，應將基礎拉梁按層1 輸入，拉梁上如作用有荷載，應將荷載一并輸入。根據《抗震規范》第6. 2. 3 條，框架柱底層柱腳彎矩設計值應乘以增大系數。當設拉梁層時，一般情況下，要比較底層柱的配筋是由基礎頂面處的截面控制還是由基礎拉梁頂面處的截面控制。

　　考慮到地基土的約束作用，對這樣的計算簡圖，在電算程序總信息輸入中，可填寫地下室層數為1，并復算一次，按兩計算結果的包絡圖進行框架結構底層柱的配筋。

　　4 結構計算中幾個重要參數選取問題

　　《抗震規范》中明確指出，采用計算機計算出來的所有結果，都必須在經過對其合理性、有效性認真分析判斷后才能適用于工程設計。一般，電算的結果主要包括結構的自振周期，樓層彈性層間位移、樓層地震剪力系數、樓層的彈塑性層間位移。樓層的側向剛度比，振型參與質量系數，墻和柱的軸壓比及墻、柱、梁和板的配筋，底層墻和柱底部截面的內力設計值?？蚣?抗震墻結構中抗震墻承受的地震傾覆力矩與總地震傾覆力矩的比值。要想對電算結果的合理性有一個正確的判斷，這就要求計算時必須選用正確的計算簡圖與合理的結構方案，還得分別將抗震設防烈度以及場地類別正確的輸入，除此之外，還必須將電算程序中的其他參數準確合理的輸入。

　　4. 1 結構抗震等級的確定

　　在建筑工程設計中，按照抗震設防來分類，一般的民用住宅建筑、公寓、辦公樓等，很多房屋建筑是屬于丙類建筑。當筆者確定這些建筑的抗震等級時，通常是根據本地區的抗震設防烈度、結構類型以及建筑高度來查《抗震規范》中的表來確定的。但是對于交通、電訊、消防、能源以及醫療類建筑，大型商場與體育場館等公共建筑，首先，就應該確定其中哪些建筑物是乙類建筑。我們通常按照抗震設防烈度來計算乙、丙類建筑的地震作用。通常情況，乙類建筑，當抗震設防烈度在6 ～ 8 度時，應該采取抗震措施。一般是在本地區的抗震設防烈度的基礎上再增加一度，再查表來確定其抗震等級。若該乙類建筑處于7 度地區，而其高度又超過規定的范圍，此時，就應該采取更為有效的其他抗震措施。

　　4. 2 地震力的振型組合數

　　多層建筑結構，若不需要進行扭轉耦聯計算，其地震力的振型組合數不應小于3; 若振型組合數大于3，則應該取3的倍數，但不小于建筑物的層數; 若房屋層數少于3 層，振型組合數就取層數。不規則的高層建筑，當需要考慮扭轉耦聯時，其振型數不應小于9。建筑結構層數比較多或者其剛度變化較大時，其振型組合數應越大，比如有轉換、小塔樓等建筑，其振型組合數不應小于12，但是也不得多于3 倍層數。

　　一般可以采取振型參與質量為總質量的90% 時所需要的振型數作為合適的振型數。在應用SATWE 等程序進行電算時，便可以將這種參與質量的比值輸入進去。但是，有些設計人員重視程度不夠，往往比較隨意地選取振型數，這是不行的。另外，只有在建筑結構的扭轉比較明顯時，才采用耦聯計算，若必要時還是需要補充非耦聯計算。

　　4. 3 結構周期折減系數的確定

　　結構的建筑結構中，因為存在填充墻，其實際剛度往往比計算剛度大。計算周期比實際周期大，因而，計算出來的地震剪力偏小，顯得結構的安全性較差，所以應該對結構的計算周期進行適當的折減，但是折減系數不得過大。若框架結構采用砌體填充墻，則其計算周期折減系數為0. 6 ～ 0. 7;若采用輕質砌體或者砌體填充墻較少則可取0. 7 ～ 0. 8; 當全部用輕質墻體板材時，折減系數為0. 9。而只有無填充墻的純框架，才可以不進行計算周期折減。

　　5 框架柱配筋的調整

　　框架柱的配筋率一般都很低，有時電算結果為構造配筋，但是實際工程中均不會按此配筋，因為在地震作用下的框架柱，尤其是角柱，所受的扭轉剪力最大，同時又受雙向彎矩作用，而橫梁的約束又較小，工作狀態下又處于雙向偏心受壓狀態，所以其震害重于內柱，對于質量分布不均勻的框架尤為明顯，因此應選擇最不利的方向進行框架計算。另外也可分別從縱、橫兩個方向計算后比較同一側面的配筋，取其較大值，并采用對稱配筋的原則，為了滿足框架柱在多種內力組合作用下其強度要求，在配筋計算時應注意以下問題: 角柱、邊柱及抗震墻端柱在地震作用組合下產生偏心受拉時，其柱內縱筋總截面面積應比計算值增大25%; 框架柱的配筋可放大1. 2 ～ 1. 6 倍。其中角柱1. 4 倍，邊柱1. 3 倍，中柱1. 2 倍; 框架柱的箍筋形式應選用菱形或井字形，以增強箍筋對混凝土的約束; 對于二、三級框架的底層柱底和底部加強部位縱筋宜采用焊接，且當柱縱向鋼筋的總配筋率超過3%時，箍筋的直徑不應小于8 mm，并應焊接。

　　另外多層框架電算時常不考慮溫度應力和基礎的不均勻沉降，當多層框架水平尺寸和垂直尺寸較大以及地基軟弱土層較厚或地基土質不均勻時，可以適當放大框架柱的配筋，且宜在縱、橫兩個方向設置基礎梁，其配筋不宜按構造設置，應按框架梁進行設計，并按規范要求設置箍筋加密區。

　　6 框架結構設計中應注意的其他問題

　　在框架結構中不允許采用兩種不同的結構型式，樓、電梯間、局部突出屋頂的房間，均不得采用磚墻承重，因為框架結構是一種柔性結構體系，而磚混結構是一種剛性結構。為了使結構的變形相互協調，不應采用不同結構混合受力。加強短柱的構造措施: 在工程施工過程中頂棚可能要吊頂或其它裝修，甲方為了節約開支，往往要求柱間填充墻不到頂或者是在墻上任意開門窗洞，這樣往往會造成短柱，由于短柱剛度大，吸收地震作用使其受剪，當混凝土抗剪強度不足時，則產生交叉裂縫及脆性錯斷，從而引起建筑物或構筑物的破壞甚至倒塌，所以在設計中應采取如下措施: ①盡量減弱短柱的樓層約束，如降低相連梁的高度、梁與柱采用鉸接等; ②增加箍筋的配置，在短柱范圍內箍筋的間距不應大于100mm，柱的縱向鋼筋間距≤150 mm; ③采用良好的箍筋類型:如螺旋箍筋、復合螺旋箍筋、雙螺旋箍筋等。

　　7 總結

　　結構設計是個系統工作。作為結構設計人員，需要有扎實的理論知識，靈活創新的思維和嚴肅認真負責的工作態度。加深對當前房屋建筑結構設計中常見問題的認識與研究，以不斷提高自身的結構設計水平，使設計的作品比現階段的其它建筑具有更高的水準、更合理和更經濟的結構形式。