某多层框架结构设计及其超限问题的分析与避免

某多层框架结构设计及其超限问题的分析与避免

发表时间：2019-03-26T10:36:29.390Z 来源：《建筑模拟》2019年第1期作者：那磊1 丁佳2 [导读] 随着我国建筑业的不断发展，多层框架结构的房屋越来越多，在合理的高度和层数的情况下，框架结构能够提供较大的建筑空间，其平面布置灵活，可适合多种工艺与使用功能的要求。

那磊1 丁佳2

1.煤炭工业规划设计研究院有限公司北京 100120

2.中国航空规划设计研究总院有限公司北京 100120

摘要：随着我国建筑业的不断发展，多层框架结构的房屋越来越多，在合理的高度和层数的情况下，框架结构能够提供较大的建筑空间，其平面布置灵活，可适合多种工艺与使用功能的要求。但是，在框架结构设计中，仍然存在着一些概念性和实际性的问题需要设计人员予以高度重视，以确保结构设计质量。本文通过一个多层框架结构设计实例，剖析其中存在的问题并采取相应的设计措施，使结构满足规范要求并具有良好的经济性。

关键词：框架结构，结构设计，薄弱层，受剪承载力，超限 DESIGN OF A MULTI-STORY FRAME STRUCTURE AND ANALYSIS AND A VOIDANCE OF THE OUT-OF-CODE PROBLEM Na Lei，Ding Jia

（Planning and Design Research Institute of Coal Industry，Beijing 100120） Abstract：Nowadays，number of the frame structure buildings is continuous increasing. The frame structure can provide more space and flexible layout which can satisfy the usage requirements of various process and space layout. However，during the design of the frame structure，some conceptual and practical issues need to be paid high attention，in order to ensure the design quality. This paper focuses a frame structure design，and analyses the problem occurred and makes the structure satisfy the code and economical efficiency. Keywords：frame structure，structure design，weak story，shear bearing capacity，out-of-code 1 引言

目前由医药院设计项目以多层厂房为主，具有跨度较大、荷载较大、层高较高的特点，结构体系以钢筋混凝土框架结构居多。该结构具有造价低，施工方便，并有助于提供灵活的工艺布置空间等优点。框架结构由于只具有一道抗震防线，因此是抗震性能比较差的一种结构体系，冲破这道防线，建筑很容易倒塌。部分多层框架结构在汶川地震中均暴露出该结构体系的抗震弱点。根据地震震害分析[1]，在一些框架结构由于框架柱的破坏导致房屋部分或整体倒塌的实例中，首层柱端为薄弱部位的现象比比皆是。在地震作用下，由于框架柱端的剪切破坏、弯曲塑性铰破坏均可引起房屋倒塌。相反，如果框架梁先行破坏形成塑性铰并耗能，迎合“强柱弱梁”的基本抗震设防水准，则框架柱就不容易破坏，减免房屋倒塌现象。因此，在设计中应尽量避免楼层受剪承载力的突变。《建筑抗震设计规范》（以下称《抗震规范》）第3.4.3条对此有明确规定[2]：抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%，为竖向不规则。针对此类问题，本文将通过设计某一工程实例，分析并解决楼层受剪承载力突变引起的超限问题。2.结构设计分析本工程主要功能为物流基地工业仓库，地上三层，局部出屋面，结构总高度为15.9m。结构层高分别为9.20m、4.00m及3.95m，局部出屋面层高为4.20m。结构主要柱网为8.0m×8.0m。工程效果图参见图1。本结构二层及三层为平层库，主要工艺活荷载为10.0kN/m2，屋面活荷载为0.7kN/m2。由于本工程功能为库房，因此进行结构整体分析及框架构件内力计算时对活荷载不进行折减。本工程设计依据为国家现行规范、业主要求、设计合同及各相关专业输入条件。工程相关设计参数：抗震设防烈度为7度，设计地震基本加速度值为0.1g，设计地震分组为第一组，场地类别为II类，阻尼比为0.05，基本风压为0.65 kN/m2，基本雪压为0.45 kN/m2，地面粗糙度为B类，框架抗震等级为三级。由于本工程室内外高差为1.25m，因此设定嵌固端（基础短柱顶）标高为-1.3m。

在进行软件计算前，应先对结构布置进行初步分析。由于本工程平面布局较为单一，砌块隔墙较少，因此可采用单向板。由于单向板只有两边支撑，只需在计算跨度方向配置受力钢筋，长边方向只需配置构造钢筋即可。相反，双向板为四边支撑，有多余约束，因此用钢量会比单向板大。另外，单向板同时可以减少次梁数量。因此采用单向板更经济。由于该结构X向刚度比Y向大，当沿X向设置两根次梁，形成2.7/2.6×8.0m的单向板时，可使楼面荷载通过次梁传于Y向框架梁上，增大Y向框架梁截面，从而增大Y向刚度。具体布置如图2所示。

确定结构布置以后，进行梁柱截面进行初步估算。设框架柱、框架梁、次梁及楼板的混凝土强度均为C30。Y向框架梁受荷面积为8×8m，所以其高度取跨度的1/8～1/12。由于面荷载较大，因此取跨度的1/10，即Y向框架梁截面尺寸为400×800。X向框架梁受荷面积基本与次梁相同，其高度取跨度的1/12～1/15，设X向框架梁与次梁为300×600。另外，框架柱截面可通过式1与式2估算。其中，μN为轴压比，

本工程取规范限值0.85；为柱截面面积；为混凝土轴心抗压强度设计值，本工程取14.3N/mm2；Q为柱受荷面积内每平米荷载设计值（梁板等效自重约为5 kN/m2，因此，Q=[1.2×(5+4.3)+1.4×10]×2+[(5+4.3)×1.35+0.7×1.4×0.7]×1=63.6 kN/m2）；A为受荷面积，本工程为64m2；α1为考虑水平力产生的附加系数，本工程（三级框架）取1.05；α_2为边角柱轴力增大系数，边柱为1.1，角柱为1.2；β为柱轴力折减系数，可取0.7～0.8。