浅谈房屋结构设计中应注意的几个问题

浅谈房屋结构设计中应注意的几个问题

杨威

巴州建筑勘察规划设计院 新疆 841000

摘 要 ：本文从房屋结构的抗震设计，框架计算，独立基础设计，基础拉梁设计，以及结构计算中的重要参数，几个方面简述了房屋结构设计中应注意的几个问题。

关键词： 房屋结构设计 抗震设计 框架计算 基础设计

一、结构的抗震设计

1.1 结构的抗震等级

在工程设计中，房屋建筑按其抗震设防分类，其抗震等级可根据烈度、结构类型和房屋的高度按《抗震规范》表 6.1.2确定。

1.2 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突变较大，振型数应多取，如结构有转换层、顶部有小塔楼、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。

1.3 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。

1.4 框架梁、柱箍筋间距

《抗震规范》第 6.3.3 条及 6.3.8 条对不同抗震等级的框架梁、柱箍筋加密区的最小箍筋直径和最大箍筋间距做了了明确规定。根据这些规定，工程习惯上常取梁、柱箍筋加密区最大间距为 100mm，非加密区箍筋最大间距为 200mm。电算程序总信息中通常也内定梁、柱箍筋加密区间距为100mm，并以此为依据计算出加密区箍筋面积，由设计人员要据规范

确定箍筋直径和肢数。

但是，在程序内定的条件下，当框架梁的跨中部位有次梁或有较大的其他集中荷载作用却仅配两肢箍筋时，多数情况下，非加密区箍筋间距采用 200mm 会使梁的非加密区配箍

不足，因此建议程序内定梁箍筋改为取梁的非加密区间距200mm。这样，既可保证梁非加密区的抗剪承载力，又可适当增加梁端箍筋加密区（箍筋间距为 100mm）的抗剪能力，梁的强剪性能更能充分体现。当框架梁由于种种原因纵向钢筋超筋时，梁端适当加大抗剪承载力对结构抗震非常有利。这也是为什么当梁端纵向受拉钢筋配筋率大 2％时，规范规定梁的箍筋直径应比最小构造直径增大 2mm 的原因。

对于框架柱，当框架内定柱加密区箍筋间距为 100mm时，在某些情况下，亦可能因非加密区箍筋间距采用 200mm引起配箍不足。因此，我们也建议程序内定柱的箍筋间距改为取柱的非加密区的箍筋间距 200mm。

1.5 地下室层数的输入处理

多层框架结构房屋有也设置地下室。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。

二、框架计算简图不合理

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-0.05m 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》（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 3.3m。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 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，按两计算结果的包络图进行框架结构底层柱的配筋。

三、独立基础设计荷载取值不当

钢筋混凝土多层框架房屋多采用柱下独立基础，《抗震规范》（GB50011-2008）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。

四、基础拉梁层的计算模型不符合实际情况

基础拉梁层无楼板，用 TAT 或 SATWE 等电算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。

五、基础拉梁设计不当

多层框架房屋基础埋深值大时，为了减少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。但就抗震而言，应采用短柱基础方案。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。

六、结构计算中重要参数的合理选取

《抗震规范》第 3.6.6.4 条指出，所有的计算机计算结果，应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。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。