结构设计常见问题及对策

　　结构设计是建筑施工设计的关键，结构设计有许多细节技术问题需要注意，本文总结几个多层框架结构设计中值得注意的问题并提出相应对策。

　　《工程管理学报》是国家住房和城乡建设部主管的综合类国家科技期刊，由哈尔滨工业大学、中国建筑业协会管理现代化专业委员会主办。期刊原名是创建于1985年，1987年国内外公开发行的《建筑管理现代化》。2009年底，经国家新闻出版总署研究同意，更名为《工程管理学报》，现为双月刊，刊号：ISSN1674-8859/CN23-1564/TU;国内外公开发行代号：14—173。

　　1 截面尺寸的选择

　　梁、柱截面尺寸的选择是框架结构设计的前提，除应满足规范所要求的取值范围，还应注意尽可能使柱的线刚度与梁的线刚度的比值大于1，以达到在罕遇地震作用下，梁端形成塑性铰时，节点仍处于弹性工作阶段的目的，即规范所要求的“强柱弱梁强节点”。

　　2 独立基础设计荷载取值

　　通常情况下，多层框架房屋采用的是柱下独立基础的形式。《抗震规范》中明确指出，在地基的主要持力层没有软弱粘性土层的情况下，当建筑高度在24 m 以下且层数不超过8层的一般民用建筑，可以不对地基和基础的抗震承载力进行验算。但是在进行基础设计时应该将风荷载考虑进去; 所以，不能因为一般建筑在地震区风荷载不是控制荷载而忽略了。还有些设计师在进行独立基础设计时，柱脚内力设计值取值不合理，只对轴力与弯曲采取了设计值，而未能考虑剪力，还有些甚至只取了轴力设计值。若独立基础的设计荷载取值不合理，将会导致建筑结构的不安全或者材料浪费。

　　3 框架计算简图要合理

　　无地下室的钢筋混凝土多层框架房屋，独立基础埋置较深，在-0. 05 m 左右设有基础拉梁时，应将基础拉梁按层1 输入，拉梁上如作用有荷载，应将荷载一并输入。根据《抗震规范》第6. 2. 3 条，框架柱底层柱脚弯矩设计值应乘以增大系数。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，按两计算结果的包络图进行框架结构底层柱的配筋。

　　4 结构计算中几个重要参数选取问题

　　《抗震规范》中明确指出，采用计算机计算出来的所有结果，都必须在经过对其合理性、有效性认真分析判断后才能适用于工程设计。一般，电算的结果主要包括结构的自振周期，楼层弹性层间位移、楼层地震剪力系数、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-抗震墙结构中抗震墙承受的地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值。要想对电算结果的合理性有一个正确的判断，这就要求计算时必须选用正确的计算简图与合理的结构方案，还得分别将抗震设防烈度以及场地类别正确的输入，除此之外，还必须将电算程序中的其他参数准确合理的输入。

　　4. 1 结构抗震等级的确定

　　在建筑工程设计中，按照抗震设防来分类，一般的民用住宅建筑、公寓、办公楼等，很多房屋建筑是属于丙类建筑。当笔者确定这些建筑的抗震等级时，通常是根据本地区的抗震设防烈度、结构类型以及建筑高度来查《抗震规范》中的表来确定的。但是对于交通、电讯、消防、能源以及医疗类建筑，大型商场与体育场馆等公共建筑，首先，就应该确定其中哪些建筑物是乙类建筑。我们通常按照抗震设防烈度来计算乙、丙类建筑的地震作用。通常情况，乙类建筑，当抗震设防烈度在6 ～ 8 度时，应该采取抗震措施。一般是在本地区的抗震设防烈度的基础上再增加一度，再查表来确定其抗震等级。若该乙类建筑处于7 度地区，而其高度又超过规定的范围，此时，就应该采取更为有效的其他抗震措施。

　　4. 2 地震力的振型组合数

　　多层建筑结构，若不需要进行扭转耦联计算，其地震力的振型组合数不应小于3; 若振型组合数大于3，则应该取3的倍数，但不小于建筑物的层数; 若房屋层数少于3 层，振型组合数就取层数。不规则的高层建筑，当需要考虑扭转耦联时，其振型数不应小于9。建筑结构层数比较多或者其刚度变化较大时，其振型组合数应越大，比如有转换、小塔楼等建筑，其振型组合数不应小于12，但是也不得多于3 倍层数。

　　一般可以采取振型参与质量为总质量的90% 时所需要的振型数作为合适的振型数。在应用SATWE 等程序进行电算时，便可以将这种参与质量的比值输入进去。但是，有些设计人员重视程度不够，往往比较随意地选取振型数，这是不行的。另外，只有在建筑结构的扭转比较明显时，才采用耦联计算，若必要时还是需要补充非耦联计算。

　　4. 3 结构周期折减系数的确定

　　结构的建筑结构中，因为存在填充墙，其实际刚度往往比计算刚度大。计算周期比实际周期大，因而，计算出来的地震剪力偏小，显得结构的安全性较差，所以应该对结构的计算周期进行适当的折减，但是折减系数不得过大。若框架结构采用砌体填充墙，则其计算周期折减系数为0. 6 ～ 0. 7;若采用轻质砌体或者砌体填充墙较少则可取0. 7 ～ 0. 8; 当全部用轻质墙体板材时，折减系数为0. 9。而只有无填充墙的纯框架，才可以不进行计算周期折减。

　　5 框架柱配筋的调整

　　框架柱的配筋率一般都很低，有时电算结果为构造配筋，但是实际工程中均不会按此配筋，因为在地震作用下的框架柱，尤其是角柱，所受的扭转剪力最大，同时又受双向弯矩作用，而横梁的约束又较小，工作状态下又处于双向偏心受压状态，所以其震害重于内柱，对于质量分布不均匀的框架尤为明显，因此应选择最不利的方向进行框架计算。另外也可分别从纵、横两个方向计算后比较同一侧面的配筋，取其较大值，并采用对称配筋的原则，为了满足框架柱在多种内力组合作用下其强度要求，在配筋计算时应注意以下问题: 角柱、边柱及抗震墙端柱在地震作用组合下产生偏心受拉时，其柱内纵筋总截面面积应比计算值增大25%; 框架柱的配筋可放大1. 2 ～ 1. 6 倍。其中角柱1. 4 倍，边柱1. 3 倍，中柱1. 2 倍; 框架柱的箍筋形式应选用菱形或井字形，以增强箍筋对混凝土的约束; 对于二、三级框架的底层柱底和底部加强部位纵筋宜采用焊接，且当柱纵向钢筋的总配筋率超过3%时，箍筋的直径不应小于8 mm，并应焊接。

　　另外多层框架电算时常不考虑温度应力和基础的不均匀沉降，当多层框架水平尺寸和垂直尺寸较大以及地基软弱土层较厚或地基土质不均匀时，可以适当放大框架柱的配筋，且宜在纵、横两个方向设置基础梁，其配筋不宜按构造设置，应按框架梁进行设计，并按规范要求设置箍筋加密区。

　　6 框架结构设计中应注意的其他问题

　　在框架结构中不允许采用两种不同的结构型式，楼、电梯间、局部突出屋顶的房间，均不得采用砖墙承重，因为框架结构是一种柔性结构体系，而砖混结构是一种刚性结构。为了使结构的变形相互协调，不应采用不同结构混合受力。加强短柱的构造措施: 在工程施工过程中顶棚可能要吊顶或其它装修，甲方为了节约开支，往往要求柱间填充墙不到顶或者是在墙上任意开门窗洞，这样往往会造成短柱，由于短柱刚度大，吸收地震作用使其受剪，当混凝土抗剪强度不足时，则产生交叉裂缝及脆性错断，从而引起建筑物或构筑物的破坏甚至倒塌，所以在设计中应采取如下措施: ①尽量减弱短柱的楼层约束，如降低相连梁的高度、梁与柱采用铰接等; ②增加箍筋的配置，在短柱范围内箍筋的间距不应大于100mm，柱的纵向钢筋间距≤150 mm; ③采用良好的箍筋类型:如螺旋箍筋、复合螺旋箍筋、双螺旋箍筋等。

　　7 总结

　　结构设计是个系统工作。作为结构设计人员，需要有扎实的理论知识，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。加深对当前房屋建筑结构设计中常见问题的认识与研究，以不断提高自身的结构设计水平，使设计的作品比现阶段的其它建筑具有更高的水准、更合理和更经济的结构形式。