多层框架房屋结构设计中的几点思考

２００６（Ｔｏｔａｌ

第１８８期）

Ｎｏ．１８８，Ｖｏｌ．３４）

房材与应用

■建筑结构与地基基础ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ＆ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ

多层框架房屋结构设计中的几点思考

苑大欣

于镇

哈尔滨

（黑龙江省建筑设计研究院，黑龙江１５００８０）

摘要：钢筋混凝土多层框架房屋结构设计看似简单，有的设计者用ＰＫＰＭ软件建完模型后各类设计参数均不按工程实际情况调整，计算生成配筋后不经过分析就使用，使得计算结果与实际工程情况谬以千里，给建设单位带来浪费或不安全的种种问题，本人特以十余年设计经验总结以与同行共勉。关键词：钢筋混凝土中图分类号：ＴＵ３７５．５

多层框架房屋

结构的抗震等级

地震力的振型组合数

结构周期折减系数

文献标识码：Ｂ

文章编号：１００７－２９１８（２００６）０４－００２５－０２

１基础设计荷载取值问题

钢筋混凝土多层框架房屋多采用柱下基础，

的计算简图是不妥当的。因为，第一，按构造设计的拉梁无法平衡柱脚弯矩；第二《，混凝土结构设计规范》

《抗震规范》（ＧＢ５００１１－２００１）第４．２．１条指出，当地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层时，不超过８层且高度在２５ｍ以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房，可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。这就是说，在８度地震区，大多数钢筋混凝土多层框架房屋可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。但这些房屋在基础设计时应考虑风荷载的影响。因此，在钢筋混凝土多层框架房屋的整体计算分析中，必须输入风荷载，不能因为在地震区高层建筑以外的一般建筑风荷载不起控制作用就不输入。

另一种情况是，在设计基础时，作用在基础顶面上的外荷载（柱脚内力设计值）只取轴力设计值和弯矩设计值，无剪力设计值，或者甚至只取轴力设计值。以上两种情况都会导致基础设计尺寸偏小，配筋偏少，影响基础本身和上部结构的安全。

（ＧＢ５００１０－２００２）第７．３．１１条规定，框架结构底柱的高

度应取基础顶面至首层楼盖顶面的高度。工程设计经验表明，这样的框架结构宜按４层进行整体分析计算，即将基础拉梁层按层１输入，拉梁上如作用有荷载，应将荷载一并输入。

这样，

计算剪力的首层层高为Ｈ１＝４－０．

８－０．０５＝３．１５ｍ，层２层高为３．３５ｍ，层３、４层高为

《抗震规范》第６．２．３条，框架柱底层柱脚弯３．３ｍ。根据

矩设计值应乘以增大系数１．２５。当设拉梁层时，一般

情况下，要比较底层柱的配筋是由基础顶面处的截面控制还是由基础拉梁顶面处的截面控制。考虑到地基土的约束作用，对这样的计算简图，在电算程序总信息输入中，可填写地下室层数为１，并复算一次，按两次计算结果的包络图进行框架结构底层柱的配筋。

３基础拉梁的计算模型问题

基础拉梁层无楼板，用ＴＡＴ或ＳＡＴＷＥ等电算

２框架计算简图问题

无地下室的钢筋混凝土多层框架房屋，基础

程序进行框架整体计算时，楼板厚度应取零，并定义弹性节点，用总刚分析方法进行分析计算。有时虽然楼板厚度取零，也定义弹性节点，但未采用总刚分析，程序分析时自动按刚性楼面假定进行计算，与实际情况不符。房屋平面不规则，要特别注意这一点。

埋置较深，在－０．０５ｍ左右设有基础拉梁时，应将基础拉梁按层１输入。以某学生宿舍楼为例，该项目为３层钢筋混凝土框架结构，丙类建筑，建筑场地为Ⅱ类；层高３．３ｍ，基础埋深４．０ｍ基础高度０．８ｍ，室内外高差０．４５ｍ。根据《抗震规范》第６．１．２条，在８度地震区该工程框架结构的抗震等级为二级。设计者按３层框架房屋计算，首层层高取３．３５ｍ，即假定框架房屋嵌固在－０．０５ｍ处的基础拉梁顶面；基础拉梁的断面和配筋按构造设计；基础按中心受压计算。显然，选取这样

４基础拉梁设计问题

多层框架房屋基础埋深值大时，为了减小底层柱

的计算长度和底层的位移，可在±０．０００以下适当位置设置基础拉梁，但不宜按构造要求设置，宜按框架梁进行设计，并按规范规定设置箍筋加密区。但就抗

２５

震而言，应采用短柱基础方案。一般说来，当基础埋置不深，或者埋置虽深但采用了短柱基础时，由于地基不良或柱子荷载差别较大，或根据抗震要求，可沿两个主轴方向设置构造基础拉梁。基础拉梁截面宽度可取柱中心距的１／２０～１／３０，高度可取柱中心距的

度按《抗震规范》表６．１．２确定。而电讯、交通、能源、消防和医疗等类建筑以及大型体育场馆、大型零售商场等公共建筑，首先，应当根据《建筑抗震设防分标准》

（ＧＢ５０２２３－９５）确定其中哪些建筑属于乙类建筑（可能

还有甲类建筑，本文不涉及）。乙、丙类建筑，地震作用均按本地区抗震设防烈度计算。对于乙类建筑，一般情况下，当抗震设防烈度为６°～８°时，抗震措施应符合本地区抗震设防列度提高一度的要求。所谓抗震措施，在这里主要体现为按本地区设防烈度提高一度由《抗震规范》表６．１．２确定其抗震等级。例如，位于８度地震区（如北京）的乙类建筑，应按９度由《抗震规范》表６．１．２确定其抗震等级为一级；当８度乙类建筑的高度超过表６．１．２规定的范围时，还应经专门研究，采取比一级抗震等级更有效的抗震措施。如北京某大型零售商场和某三级医院的门诊楼本属乙类建筑，但设计人员错当成丙类建筑来设计，使建筑物的抗震能力降低，不得不对设计计算做重大修改。

１／１２～１／１８。构造基础拉梁的截面可取上述限值范围

的下限，纵向受力钢筋可取所连接柱子的最大轴力设计值的１０％作为拉力或压力来计算，当为构造配筋，除满足最小配筋率外，也不得小于上下各２φ１４，箍筋不得小于φ８＠２００。当拉梁上作用有填充墙或楼梯柱等传来的荷载时，拉梁截面应适当加大，算出的配筋应和上述构造配筋叠加。构造基础拉梁顶标高通常与基础高或短柱顶标高相同。在这种情况下，基础可按偏心有受压基础设计。当框架底层层高不大或者基础埋置不深时，有时要把基础拉梁设计得比较强大，以便用拉梁来平衡柱底弯矩。这时，拉梁正弯矩钢筋应全跨拉通，负弯矩钢筋至少应在１／２跨拉通。拉梁正负弯矩钢筋在框架柱内的锚固、拉梁箍筋的加密及有关抗震构造要求与上部框架梁完全相同。此时拉梁宜设置在基础顶部，不宜设置在基础顶面之上，基础则可按中心受压设计。

５．２地震力的振型组合数

地震力的振型组合数，对高层建筑，当不考扭转

耦联计算时，至少应取３；当振型数多于３时，宜取３的倍数，但不应多于层数；当房屋层数≤２时，振型数可取层数。对于不规则的结构，当考虑扭转耦联时，对高层建筑，振型数应取≥９；结构层数较多或结构刚度顶部有小突变较大，振型数应多取，如结构有转换层、塔楼、多塔结构等，振型数应取≥１２或更多，但不能多于房屋层数的３倍；只有当定义弹性楼板，且采用总刚分析，必要时，振型数才可以取的更多。《抗震规范》指出，合适的振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的９０％所需的振型数。ＳＡＴＷＥ等电算程序已有这种功能，可以很方便地输出这种参与质量的比值。有些设计人员不大重视电算程序使用手册的应用，选取振型数时比较随意，这是应当改进的。此外，由耦联计算的地震剪力通常小于非耦联计算，仅当结构存在明显示扭转时才采用耦联计算，但在必要时应补充非耦联计算。

５结构计算中几个重要参数的合理选取

《抗震规范》第３．６．６．４条指出，所有的计算机计算

有效后方可用于工结果，应经分析判断确认其合理、

程设计。通常情况下，计算机的计算结果主要是结构的自振周期、楼层地震剪力系数、楼层弹性层间位移

（包括最大位移与平均位移比）和弹塑性变形验算时楼

层的弹塑性层间位移、楼层的侧向刚度比、振型参与质量系数、墙和柱的轴压比及墙、柱、梁和板的配筋、底层墙和柱底部截面的内力设计值、框架———抗震墙结构抗震墙承受的地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值。超筋超限信息等等。

为了分析判断计算机计算结果是否合理，结构设计计算时，除了有合理的结构方案、正确的结构计算简图外，正确填写抗震设防烈度和场地类别，合理选取电算程序总信息中的其他各项参数也是十分重要的。

现以空间有限元分析与设计程序ＳＡＴＷＥ为例，结合施工图审核校对中发现的问题，来说明有关参数如何合理选取。

５．３结构周期折减系数

框架结构及框架———抗震墙等结构，由于填充墙

的存在，使结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期，因此，算出的地震剪力偏小，使结构偏于不安全，因而对结构的计算周期进行折减是必要的，但对框架结构的计算周期不折减或折减系数取得过大都是不妥当的。对框架结构，采用砌体填充墙时，周期折减系数可取０．６～０．７；砌体填充墙（下转第４１页）

５．１结构的抗震等级

在工程设计中，多数房屋建筑按其抗震设防分类

属于丙类建筑，如民用住宅、办公楼及一般工业建筑等等，其抗震等级可根据烈度、结构类型和房屋的高

２６土应具有１．２Ｎ／ｍｍ２以上强度；拆模时注意保护棱角，避免用力过猛过急；吊运模板，防止撞击棱角，运输时，将成品阳角用草袋等保护好，以免碰损；

８．２产生的原因

石集料级配不①水泥过期或受潮，活性降低；砂、

好，空隙大，含泥量大，杂物多，外加剂使用不当，掺量不准确；

②缺棱掉角，可将该处松散颗粒凿除，冲洗充分湿

润后，视破损程度用１：２或１：２．５水泥砂浆抹补齐整，或支模用比原来高一级混凝土捣实补好，认真养护。

②混凝土配合比不当，计量不准，施工中随意加

水，使水灰比增大；

７７．１７．２

表面不平整现象

混凝土表面凹凸不平，或板厚薄不一，表面不平。产生的原因

③混凝土加料顺序颠倒，搅拌时间不够，拌合不匀；④冬期施工，拆模过早或早期受冻；

⑤混凝土试块制作未振捣密实，养护管理不善，

或养护条件不符合要求，在同条件养护时，早期脱水或受外力砸坏。

①混凝土浇筑后，表面仅用铁锹拍子，未用抹子

找平压光，造成表面租糙不平；

８．３防治措施

石子粒①水泥应有出厂合格证，新鲜无结块；砂、

②模板未支承在坚硬土层上，或支承面不足，或

支撑松动、泡水，致使新浇灌混凝土早期养护时发生不均匀下沉；

径、级配、含泥量等应符合要求，严格控制混凝土配合比，保证计量准确，混凝土应按顺序拌制，保证搅拌时间和拌匀；防止混凝土早期受冻，冬季施工用普通水泥配制混凝土，强度达到３０％以上，矿渣水泥配制的混凝土，强度达到４０％以上，按施工规范要求认真制作混凝土试块，并加强对试块的管理和养护；

③混凝土未达到一定强度时，上人操作或运料，

使表面出现凹陷不平或印痕。

７．３防治措施

严格按施工规范操作，灌筑混凝土后，应根据水

平控制标志或弹线用抹子找平、压光，终凝后浇水养护；模板应有足够的强度、刚度和稳定性，应支在坚实的地基上，有足够的支撑面积，并防止浸水，以保证不发生下沉；在浇筑混凝土时，加强检查，凝土强度达到

②当混凝土强度偏低，可用非破损方法（如回弹

仪法，超声波法）来测定结构混凝土实际强度，如仍不

能满足要求，可按实际强度校核结构的安全度，研究处理方案，采取相应的加固或补强措施。

作者简介：赵彬（１９５６－），女，毕业于沈阳建筑工程学院工业与民用建筑专业，工程师；联系地址：１１００１５／沈阳市沈河区万柳塘路１８－２号３－４－１。收稿日期：２００５－０８－２３

１．２Ｎ／ｍｍ２以上，方可在已浇结构上走动。８强度不够，均质性差８．１

现象

同批混凝土试块的抗压强度平均值低于设计要求强度等级。

（上接第２６页）较少或采用轻质砌块时，可取０．７～０．８；完全采用轻质墙体板材时，可取０．９。只有无墙的纯框

架，计算周期才可以不折减。

算时，总信息中填写的地下室层数少于实际输入的层数，弯矩设计值增大系数将会乘错位置，从而在发生地震时，会使极易发生震害的底层柱底部位因抗震能力降低而破坏。参考文献

［１］抗震规范．ＧＢ５００１１－２００１

［２］混凝土结构设计规范．ＧＢ５００１０－２００２［３］ＰＫＰＭ使用说明书

作者简介：苑大欣（１９７３－），汉族，１９９６年毕业于哈尔滨建筑大学工业与民用建筑专业，哈尔滨人，结构设计工程师，从事结构设计；联系地址：１５００８０／黑龙江哈尔滨市果戈里大街一号，黑龙江省建筑设计研究院。收稿日期：２００６－０１－１７

５．４地下室层数的输入处理

多层框架结构房屋有时也设置地下室。由于隔墙

少，常采用筏板式基础。在电算时，应将地下室层数和上部结构一起输入，并在总信息中按实际的地下室层数填写。这样，计算地基和基础底板的竖向荷载可以一次形成，并且在抗震计算时，程序会自动对框架底层柱底截面的弯矩设计值乘以增大系数。同时通过对层侧移刚度比的分析比较，还可以正确判断和调整房屋的嵌固位置，并采取相应的抗震构造措施，保证楼板有必要的厚度和最小配筋率等等；当结构表现为竖向不规侧时，不仅要验算薄弱层，而且还要对薄弱层的地震剪力乘以１．１５的增大系数。如果在结构总体计

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