劉化冰

摘 要：在房屋建筑設(shè)計(jì)中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用非常廣泛，但是在實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者在計(jì)算等過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題。本文筆者結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)多層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析，為同行朋友們提供借鑒。

關(guān)鍵詞：多層建筑；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；相關(guān)問(wèn)題

當(dāng)前，隨著建筑高度的不斷增加，城市以及農(nóng)村部分地區(qū)出現(xiàn)了越來(lái)越多的高層建筑，而且建筑的類型更加復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系也更加多樣化，所以，多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為工程師設(shè)計(jì)的難點(diǎn)以及重點(diǎn)。在多層建筑中，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的使用非常廣泛，但是其中存在較多的問(wèn)題，只有正視這些問(wèn)題，改善不足之處，才能增加建筑的安全和質(zhì)量。

1 獨(dú)立基礎(chǔ)載荷取值不當(dāng)以及框架計(jì)算簡(jiǎn)圖不合理的問(wèn)題

首先，當(dāng)建筑在六層以下時(shí)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的房屋一般都采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定，如果地基受力層中沒(méi)有軟弱粘性土層，而且房屋建筑在8層以下，高度不超過(guò)25m時(shí)，一般的民用框架房屋以及基礎(chǔ)負(fù)荷相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣芙ㄖ梢圆贿M(jìn)行天然地基以及基礎(chǔ)抗震承載力驗(yàn)算，但是風(fēng)載荷的影響必須在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中充分考慮。所以，在多層鋼筋混凝土建筑的整體計(jì)算分析中，應(yīng)當(dāng)輸入風(fēng)載荷，不能因?yàn)槭且话愕慕ㄖ雎粤孙L(fēng)載荷的輸入。另外，在對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，作用在基礎(chǔ)頂面上的外荷載通常只考慮了彎矩設(shè)計(jì)值以及軸力設(shè)計(jì)值，沒(méi)有考慮剪力設(shè)計(jì)值，有時(shí)甚至只考慮了軸力設(shè)計(jì)值。這兩種情況都會(huì)造成基礎(chǔ)設(shè)計(jì)尺寸過(guò)小，配筋過(guò)少，對(duì)基礎(chǔ)本身以及上部結(jié)構(gòu)的安全造成影響。其次，當(dāng)多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的房屋建筑無(wú)地下室時(shí)，其獨(dú)立基礎(chǔ)埋設(shè)深度較大，在地下0.05m處設(shè)有基礎(chǔ)拉梁時(shí)，基礎(chǔ)拉梁則應(yīng)當(dāng)按照層1輸入。我們以某單位宿舍樓建筑為例進(jìn)行說(shuō)明，該項(xiàng)目建筑為3層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑類型為丙類，建筑場(chǎng)地為Ⅱ類；建筑單層高度為3.3m，基礎(chǔ)埋深為4m，基礎(chǔ)高度為0.8m，建筑內(nèi)外高度差為0.45m。依據(jù)相關(guān)規(guī)定，該工程項(xiàng)目在8度抗震地區(qū)，建筑框架結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)為二級(jí)。在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師在計(jì)算式按照3層框架房進(jìn)行，首層高度取值3.35m，也就是假設(shè)房屋嵌固在位于地下0.05m處的基礎(chǔ)拉梁頂面上。按照構(gòu)造對(duì)基礎(chǔ)拉梁斷面以及配筋進(jìn)行設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)在根據(jù)中心受壓進(jìn)行計(jì)算。這種計(jì)算簡(jiǎn)圖是非常常見(jiàn)的，其中也存在一定的問(wèn)題。首先，拉梁按照構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)，其無(wú)法與柱腳彎矩進(jìn)行平衡。其次，依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的有關(guān)要求和規(guī)定，框架結(jié)構(gòu)底柱高度應(yīng)當(dāng)是基礎(chǔ)頂面與首層樓頂面之間的高度，所以本案例中的框架結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)按照4層進(jìn)行計(jì)算分析，基礎(chǔ)拉梁按照層1輸入，如果有載荷作用于拉梁，則應(yīng)當(dāng)在計(jì)算時(shí)考慮該載荷。這樣計(jì)算出的首層高度應(yīng)當(dāng)為3.15m，第二層高度應(yīng)當(dāng)為3.35m，第三層以及第四層的高度均為3.3m。按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，計(jì)算框架柱底層柱腳彎矩設(shè)計(jì)值時(shí)，必須與增大系數(shù)1.25相乘。在設(shè)拉梁層時(shí)，通常會(huì)由基礎(chǔ)拉梁頂面處的截面或者基礎(chǔ)頂面出的截面控制底層柱的配筋，所以必須明確究竟是哪種控制方式。

2 基礎(chǔ)拉梁層設(shè)計(jì)模型脫離實(shí)際，基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)膯?wèn)題分析

采用SATWE或者TAT等程序?qū)蚣苷w進(jìn)行計(jì)算式，基礎(chǔ)拉梁層無(wú)樓板，則應(yīng)當(dāng)將樓板厚度取值為零，同時(shí)要定義彈性節(jié)點(diǎn)，在分析計(jì)算時(shí)要采用總剛分析的方法。但是在實(shí)際操作中，雖然已經(jīng)定義彈性節(jié)點(diǎn)，樓板厚度取值為零，但是沒(méi)有采用總剛分析計(jì)算，程序則會(huì)默認(rèn)按照剛性樓面進(jìn)行計(jì)算，出現(xiàn)與實(shí)際不符合的情況。所以在選擇設(shè)計(jì)模型時(shí)，必須注意這一問(wèn)題。一般情況下，由于多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)埋深值較大，可以采用在±0.000以下合適位置增設(shè)基礎(chǔ)拉梁，進(jìn)而減小底層的位移以及底層柱的計(jì)算長(zhǎng)度，但是在設(shè)置基礎(chǔ)拉梁時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照框架梁來(lái)設(shè)計(jì)，不能按照構(gòu)造要求，同時(shí)還要設(shè)置箍筋加密區(qū)。針對(duì)抗震問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)采取短柱基礎(chǔ)方案。通常情況下，當(dāng)獨(dú)立基礎(chǔ)埋設(shè)較深但是采用短柱基礎(chǔ)，或者埋設(shè)不深時(shí)，因?yàn)橹雍奢d差別較大或者地基不良，應(yīng)當(dāng)根據(jù)要求，沿兩個(gè)主軸方向設(shè)置構(gòu)造基礎(chǔ)拉梁?；A(chǔ)拉梁截面寬度以及高度的取值范圍分別為柱中心距的1/20-1/30，1/12-1/18?；A(chǔ)拉梁的截面可以在該范圍內(nèi)取最小值。對(duì)于縱向受力鋼筋，其取值大小為所連柱子軸力設(shè)計(jì)值最大值的1/10，當(dāng)作壓力或者拉力進(jìn)行計(jì)算。在構(gòu)造配筋時(shí)，在符合最小配筋率的要求下，還必須滿足上下不小于一定的數(shù)值范圍。當(dāng)框架底層高度不大或者基礎(chǔ)面深較小時(shí)，為了與柱底彎矩進(jìn)行平衡，可以采取將基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)得比較強(qiáng)大的方法。此時(shí)，拉梁正彎矩鋼筋必須全跨拉筒，負(fù)彎矩鋼筋則有一半以上拉通。

3 多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中樓梯以及電梯的小井筒的設(shè)計(jì)問(wèn)題

對(duì)于多層框架結(jié)構(gòu)建筑而言，應(yīng)當(dāng)不設(shè)置鋼筋混凝土樓梯以及電梯小井筒，一方面是由于井筒下的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，另一方面是由于鋼筋混凝土井筒會(huì)將框架結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的地震剪力吸收。所以在設(shè)計(jì)井筒時(shí)，通常采用構(gòu)造柱夾砌體材料作為填充墻，形成隔墻。如果建筑必須采用鋼筋混凝土作為井筒的材料時(shí)，則應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減小墻壁厚度，同時(shí)采取開(kāi)結(jié)構(gòu)洞、開(kāi)豎縫等措施弱化剛度，為了減小井筒作用，配筋應(yīng)當(dāng)配置少量單排鋼筋。在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，除了要根據(jù)框架確定抗震等級(jí)計(jì)算之外，還必須依據(jù)帶井筒的框架進(jìn)行復(fù)算。另外，還需要強(qiáng)調(diào)的是，框架結(jié)構(gòu)出屋頂?shù)乃溟g以及樓電梯間等，不能采用砌體墻承重，應(yīng)當(dāng)采取框架承重的方法，同時(shí)考慮到鞭梢效應(yīng)，還應(yīng)該乘以增大系數(shù)。在設(shè)計(jì)雨棚等構(gòu)件時(shí)，不得從填充墻上挑出，應(yīng)當(dāng)從承重梁上挑出。夾層梁以及樓梯梁不得在填充墻上承重，應(yīng)當(dāng)承重在柱上。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算中部分重要參數(shù)的選取問(wèn)題

（1）結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)的確定。在實(shí)際中，根據(jù)抗震級(jí)別，大部分多層建筑都屬于丙類建筑，比如辦公樓、民用住宅等，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、房屋高度以及烈度，按照《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》確定建筑的建筑的抗震等級(jí)。對(duì)于能源、交通、消防以及醫(yī)療類建筑等公共建筑而言，要參考《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》判斷哪些建筑屬于乙類建筑（甲類建筑本文不討論）。對(duì)于乙類建筑，通常情況下，如果抗震設(shè)防烈度為6度到8度時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度要求的有關(guān)措施。

（2）要確定地震力的振型組合數(shù)。如果不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算時(shí)，對(duì)于多層建筑而言，其地震力的振型組合數(shù)應(yīng)當(dāng)取3，如果振型數(shù)大于3，也應(yīng)當(dāng)取3的倍數(shù)，但是不能大于層數(shù)。如果建筑層數(shù)在三層之下時(shí)，可以用層數(shù)作為振型數(shù)。但是對(duì)于結(jié)構(gòu)不規(guī)則的多層建筑，如果考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)，振型數(shù)取值應(yīng)當(dāng)不小于9，如果結(jié)構(gòu)剛度突變較大或者結(jié)構(gòu)層數(shù)較多時(shí)，振型數(shù)應(yīng)當(dāng)多取。如果在建筑的頂部存在多塔以及小塔樓時(shí)，振型數(shù)則應(yīng)當(dāng)不小于12，但是不能大于房屋層數(shù)的3倍。

（3）結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)的確定。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)以及框架抗震墻等結(jié)構(gòu)，由于存在填充墻，所以計(jì)算剛度要小于實(shí)際剛度，而實(shí)際周期則小于計(jì)算周期，由此造成地震剪力偏小，影響結(jié)構(gòu)的安全。所以必須對(duì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期進(jìn)行折減。當(dāng)框架結(jié)構(gòu)采用砌體填充墻時(shí)，周期折減系數(shù)取值范圍為0.6到0.7，采用輕質(zhì)砌塊或者砌體填充墻較少時(shí)，系數(shù)取值范圍為0.7到0.8，如果砌體完全采用輕質(zhì)墻體板材，周期這件系數(shù)可以取值0.9，只有不存在填充墻時(shí)，計(jì)算周期可以不折減。

總而言之，多層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜、長(zhǎng)期的過(guò)程，在此過(guò)程中，任何錯(cuò)誤或者疏忽都會(huì)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)造成影響，產(chǎn)生安全隱患。所以，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須對(duì)可能存在的問(wèn)題進(jìn)行慎重考慮，嚴(yán)格遵守一定的要求和規(guī)范，提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量，保證建筑的安全。

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