1 框架结构计算简图的处理
框架结构计算中, 计算简图选取的正确与否是非常重要的, 直接影响计算结果的准确性。对于无地下室的多层框架结构, 基础埋深较浅时, 计算简图的确定主要是确定底层柱的计算长度。由《混凝土结构设计规范》知道:一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构, 底层柱的计算长度取基础顶面到一层楼盖顶面的高度H;装配式框架取1.2 5 H。规范一般是明确的, 但实际设计中, 由于基础顶面标高没有确定, 相应H也确定不了。这种情况我们应根据基础经验估算基础顶面的标高或者采用底层层高加1m的经验值来确定H, 这样做比仅仅取底层层高作为H值符合要求。
对于无地下室的多层框架结构, 基础埋深较深时。为了加强底层的整体性, 减小位移会在0.00m附近设置基础连系梁。这时因为基础连系梁与柱刚接, 底层柱被梁分成了两份。底层计算高度H显然就不能取用基础连系梁顶面到一层楼盖顶面的高度, 因为基础连系梁的设计仅为构造设计, 无法平衡底部柱脚的弯矩, 更不肯能够作为上部结构的嵌固部分。同时也与《混凝土结构规范》相悖。正确的设计是:柱的H值取用基础顶面至连系梁顶面的高度, 也就是把基础连系梁以下的部分看作底层, 而把实际建筑的底层作为第二层计算, 层高取用连系梁顶层至一层楼面的高度。
带有地下室的多层框架结构, 合理确定上部结构的嵌固位置是非常关键的。而《建筑抗震设计规范》和《混凝土结构设计规范》都没有明确地提出具体位置, 需要我们根据工程的具体实际来具体分析。采用箱型基础或者能够满足《建筑抗震设计规范》的地下室结构时, 可以将地下室顶作为框架上部结构的嵌固位置。在利用PKPM系列软件进行计算设计时, 楼层总数仅仅输入地下室以上的实际层数, 底层的实际层高就是层高H。这样设计的地震作用和实际情况较为接近, 但是竖向荷载的计算仅计算到底层的柱底处。当地下结构不是箱型基础和《建筑抗震设计规范》所规定的结构。而是采用的筏板基础, 嵌固位置最好取在基础顶面。在利用电算时, 总层数应为实际的楼层数加上地下室的层数。如当建筑地上6层时, 地下2层时, 总层数取8层。按此确定的计算简图经整体计算后, 地震作用相对保守, 结构设计比较安全。而相应的竖向荷载可以一次性算到基础顶面, 便于基础设计时直接采用相关内力。
2 框架梁柱的截面设计原则
由大量的震害分析和近年来国内外试验研究资料得出, 框架设计应设计成延性结构。梁, 柱塑性铰设计, 应遵循下述原则。强柱弱梁和强剪弱弯, 注意构造措施。
在楼梯间处的框架柱由于楼梯平台粱与其相连, 使得楼梯间的柱很可能成为短柱, 应对柱箍筋全长加密或者采用复合矩形螺旋箍筋和高强复式螺旋箍筋。一定要加强短柱设计的意识;对于框架结构长度略超过规范限值, 建筑功能需要不允许留缝时, 为减少有害裂缝, 建议浇筑补偿性混凝土。利用细而密的双向配筋。对屋面宜设置后浇带, 后浇带处按构造措施宜适当加强;对于框架结构外立面有带形窗, 因设置连续的窗过梁, 使框架柱可能成为短柱, 应注意加强构造措施。
3 结构计算参数的选取
设计抗震等级的确定和基本地震加速度值结构抗震等级的确定直接影响到地震作用计算的大小和抗震措施的采用。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度按《建筑抗震设计规范》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GB50223295建筑抗震设防分类标准确定其中哪些建筑属于乙类建筑 (可能还有甲类建筑) 。乙、丙类建筑, 地震作用均按本地区抗震设防烈度计算。但对于乙类建筑, 一般情况下, 当抗震设防烈度为6度~8度时, 抗震措施应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求。《建筑抗震设计规范》规定:对于丙类建筑的抗震等级按6.1.2确定, 这规定对多数丙类的工业与民用建筑来说是可行的。而对于《建筑抗震设计规范》的另外规定:“抗震设计设防类别为甲、乙、丁类的建筑, 应按本规范第3.1.3条规定和表6.1.2确定抗震等级”的规定却经常被遗漏。这样就会把一些建筑错误归类, 错误地选择抗震等级, 导致设计的错误。
基本地震加速度值的选取对于地震作用的计算影响较大, 所以一定要严格正确的确定其值。《建筑抗震设计规范》 (GBS0011-2001) 中规定:抗震设防烈度为7度时, 设计基本地震加速度值分别为0.1g和0.15g两种, 抗震设防烈度为8度时, 设计基本地震加速度值分别为0.2g和0.3g两种, 设计中要严格地震区的划分, 选取正确的设计基本地震加速度值。
地震力的振型组合数, 对高层建筑, 当不考虑扭转耦联计算时, 至少应取3;当振型系数多于3时, 宜取3的倍数, 但不应多于房屋的层数;当房屋层数不大于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, 振型数应取不小于9;结构层数较多或结构刚度突变较大, 振型取值数应大, 如结构有转换层、顶部有小塔楼、多塔结构等, 振型数应取不小于12或更多, 但不能多于房屋层数的3倍;当房屋层数不大于2时, 振型数也不应多于层数的3倍。只有当定义弹性楼板, 且采用总刚分析, 必要时, 振型数才可以取得更多。
在利用P K P M系列软件中, T A T或SATWE计算软件的梁输入模型都是矩形截面, 没有考虑存在楼板形成T型截面而引起的梁刚度增加, 造成结构的实际刚度大于计算刚度, 算出的地震作用剪力偏小, 使结构不安全。因此计算时应将梁刚度放大, 放大系数边梁取1.5、中梁取2.0为宜。
框架结构由于填充墙 (砌块、轻质砌块、轻质墙板) 的存在, 使结构的实际刚度远大于计算刚度, 实际周期小于计算周期, 使结构偏于不安全。因此, 算出的地震作用效应偏小, 使结构偏于不安全, 因而对结构的计算必须对周期进行折减。当采用砖砌体填充时, 周期折减系数可取016~017;当砖砌体填充墙较少或采用轻质空心砌块填充时, 可取017~018;当完全采用轻质空心砌块填充时, 可取019。只有无墙的纯框架, 计算周期才可以不折减。
对于多层框架, 尤其是活荷载较大时, 是否进行活荷的最不利布置、组合对计算结果影响很大。使程序中给定的梁设计弯矩放大系数, 也不一定能反映出工程实际应力分布情况, 有可能造成设计的结构不安全或保守。考虑目现在计算机速度比较快, 建议设计中都应进行活荷载的最不利布置计算。
摘要：文章具体分析了框架结构计算简图的处理、框架梁柱的截面设计原则、结构计算参数的选取 (设计抗震等级的确定和基本地震加速度值、梁刚度放大系数、周期折减系数等) 应该注意的问题。
关键词：框架结构,参数,计算简图,抗震等级
参考文献
[1] GB50011-2001建筑抗震设计规范[S].
[2] GB50010-2002混凝土结构设计规范[S].