框架结构在高层建筑设计中主要问题分析

框架结构在高层建筑设计中的主要问题分析摘要:结合实际工程经验，对高层建筑框架结构设计中所存在的若干问题进行探讨，以期为同行提供有益的参考。

关键词:高层建筑；框架结构；结构设计

前言

目前我国高层建筑发展迅速，其设计思想在不断更新，建筑平面布置与竖向体形也越来越复杂，给高层结构设计提出更高的要求。高层建筑采用框架结构形式，可形成内部大空间，同时也能进行灵活的建筑平面布置，特别适合大型商场，大空间写字楼和学校大空间教室，宿舍等。因此，框架结构体系在结构设计中应用甚广，特别是在高度不超过60m的高层建筑中，其优势更为明显、突出。《建筑抗震设计规范》gb 50011- 2010（以下简称《抗规》） 6.1.1条对框架的高度限制如表一。与此同时，高层建筑框架结构设计过程中的一些现实问题却往往被忽视，给工程质量留下隐患。

表6.1.1现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度(m)

结构类型烈度

6 7 8(0.2g) 8(0.3g) 9

框架60 50 40 35 24

表一

1高层建筑框架结构设计中应注意的问题

一是结构的规则性问题。由于框架结构的框架柱既承受承受竖

向重力荷载又水平剪力，因此高层框架结构平面宜布置规则，同时《抗规》采用强制性条文明确规定“严重不规则的建筑不应采用。”，同时也应注意避免竖向不规则，嵌固端上下层刚度比信息等，，因此结构工程师在规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。如因建筑功能和造型要求使得平面不规则而导致电算指标无法达到规范要求或使某些边柱边梁截面

和配筋过大，可适当增加一些剪力墙以抵抗水平剪力，使结构整体性更加合理，按《抗规》“6.1.3.1设置少量抗震墙的框架结构，在规定的水平力作用下，底层框架部分所承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时，其框架的抗震等级应按框架结构确定，抗震墙的抗震等级可与其框架的抗震等级相同。”

二是结构的超高问题。在《抗规》与高层建筑设计规范中，对高层建筑框架结构的总高度都有严格的限制，尤其是《抗规》中针对框架结构的抗震等级分界由原来的30米降为24米，如表二，框架结构的最大适用高度如表一。因此，结构工程师必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构建筑高度超过了规范规定的适用高度，宜改变建筑结构体系，其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要召开专家会议进行论证等情况，对工程工期、造价等整体规划造成了巨大的影响，阻碍了工程的开展，这种现象应该引起结构工程师的高度重视。

表6.1.2现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级

结构类型设防烈度

6 7 8 9

框架结构高度≤24 ＞24 ≤24 ＞24 ≤24 ＞24 ≤24

框架四三三二二一一

大跨度框架三二一一

三是嵌固端的设置问题。由于高层建筑一般都带有一层或一层以上的地下室和人防，因此嵌固端既有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置。但是在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置所带来的一系列需要注意的问题，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

2高层建筑框架结构设计要点

高层建筑框架结构设计过程中要特别注意对基础、柱、梁、板等部分的设计。

2．1基础部分的设计要点

基础设计时，基础埋深应满足《建筑地基基础设计规范》

gb50007-2002 5.1 关于基础埋置深度的要求。

当地质条件较好时可采用天然基础，当基础埋深大于3m时，结构工程师应建议甲方做地下室，采用筏板基础。每隔30—40m设一

后浇带，两个月后再用微膨胀混凝土浇注。设置地下室可降低地基的附加应力，提高地基的承载力，减少地震作用对上部结构的影响。在设计过程中不应设局部地下室，且地下室应有相同的埋深。抗震缝、伸缩缝在地面以下可不设，连接处应加强。采用天然基础时新建建筑物基础不宜深于周边已有基础，如深于原有基础，其基础间的净距应不少于基础高差的2倍，否则应打抗滑移桩，防止原有建筑的破坏。建筑层数相差较大时，应在层数较低的基础方格中心的区域内垫焦碴来调整基底附加应力。同时独立基础偏心不能过大，必要时可与相近的基础做成柱下条基。两根柱的柱下条基的荷载重心和基础底版的形心宜重合，基础底板可做成梯形或台阶形，或调整挑梁两端的出挑长度。独立基础的拉梁宜通长配筋，其下应垫焦碴。底层内隔墙一般不用做基础，可将地面的混凝土垫层局部加厚。此外考虑到一般建筑沉降为锅底形，结构的整体弯曲和上部结构与基础的协同作用，顶、底板钢筋应拉通，且纵向基础梁的底筋也应该拉通。基础底面积不应因地震附加力而过分加大，否则地震下安全了而常规情况下反而沉降差异较大，本末倒置。

当地质条件较差时可选择采用高强预应力混凝土管桩或钻（冲）孔桩基础，采用钻（冲）桩时应采用单柱单桩，便于施工和节约造价。

2．2 柱部分的设计要点

地上为圆柱时，地下部分应改为方柱，以方便施工。圆柱纵筋根数最少为8根，箍筋用螺旋箍，并注明端部应有一圈半的水平段。

方柱箍筋应使用井字箍，并按规范加密。角柱、楼梯间柱应增大纵筋、并全柱高加密箍筋。原则上柱的纵筋宜大直径、大间距，但间距不宜大于200。柱内埋管，管截面面积占柱截面4％以下时，可不必验算。柱断面不宜小于450×450，混凝土不宜小于c25，否则梁纵筋锚人柱内的水平段不容易满足0．4lae的要求，不满足时应加横筋；否则在梁柱节点处钢筋太密，会导致混凝土浇筑困难。柱应尽量采用高强度混凝土来满足轴压比的限制，以减小断面尺寸。同时要尽量避免使用短柱，短柱箍筋应全高加密，短柱纵筋不宜过大。独立柱上或柱的中部(半层处)有挑梁时，挑梁长度应有限制。此外考虑到竖向地震作用，柱子的轴压比及配筋宜留有余地。

2．3 梁部分的设计要点

梁上有次梁处应附加箍筋和吊筋，宜优先采用附加箍筋。一般来说位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载，应全部由附加横向钢筋承担，这也就是说，位于梁上的集中力如梁上柱不必加附加筋。位于梁下部的集中力应加附加筋。当外部梁跨度相差不大时，梁高宜等高，尤其是外部的框架梁。当梁底距外窗顶尺寸较小时，宜加大梁高做至窗顶。外部框架梁尽量做成外皮与柱外皮平齐。梁与柱的偏心可大于1／4柱宽，并宜小于1/3柱宽。梁上有次梁时，应避免次梁搭接在主梁的支座附近，否则应考虑由次梁引起的主梁抗扭，或增加构造抗扭纵筋和箍筋。原则上梁纵筋宜小直径小间距，有利于抗裂，但应注意钢筋间距要满足要求，并与梁的断面相应。箍筋按规定在梁端头加密，布筋时应将纵筋等距，箍筋肢距可不等，