2018教学楼框架结构设计技术探索
摘要：结合笔者从事教学楼结构设计实践，通过以某教学楼的框架结构对该类建筑的结构设计进行剖析，提出教学楼这种特殊类型的框架结构体系选取要点，分析了框架结构平面及竖向布置要点。最后，对框架结构设计过程中的一些问题进行了探讨。http://
关键词：框架结构；结构设计；平面及竖向布置；不规则
Abstract: Combining the teaching practice in the structure design, through a teaching building of the frame structure of the building, the paper analyzes this kind of structure design, and puts forward the teaching building special type of frame structure selection. It also analyzes the frame structure plane and vertical layout points. Finally, the frame structure of some of the design process is discussed.
Key Words: frame structure; structure design; horizontal and vertical decorate; irregular
中图分类号： U463文献标识码：A 文章编号：
引言
教学楼作为工程建设中广泛应用，为了有效地满足教学需求，结构设计师们必须掌握结构设计的要点，正确处理教学楼结构设计过程中出现的问题。本文通过结合笔者从事的结构设计经验，以及某教学楼框架结构设计实例，对教学楼当中的框架结构设计中应注意的一些问题进行了总结，为结构设计人员参考借鉴。
工程概况
某教学楼建筑面积为5187.6?O，地上层数为5层，建筑总高度为19.7m，建筑抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度为6度（抗震设防措施按7度）；建筑耐久年限等级为二级，使用年限50年。对于框架结构来说，其在地震区不宜设计较高的框架结构，但鉴于本教学楼在6度抗震地区，而层数为5层，建筑总高度为19.7m，因此建筑结构类型采取钢筋混凝土框架结构。另外对于多层教学楼来说采取框架结构形式，在满足安全适用的前提下，经济合理以及施工方便性比较显著。
结构布置要点
建筑柱网尺寸应当根据建筑类别等进行确定，其常用的柱网有内廊式和等跨式两种。按照抗震设计规范要求，对于内廊式的边跨跨度一般为6~8m，而对于中间跨跨度为 2~4m，等跨式的跨度一般为 6~12m。对于教学楼来说可采取小柱网和大柱网两类。
同时为了有效确保框架结构的抗震安全，结构布置应当具备足够的承载力、刚度、稳定性、延性及耗能等。设计中应合理布置抗侧力构件，减少地震作用下的扭转效应，使结构平面布置尽量规则、对称。为了有效地使框架结构能承受两个方向风荷载和地震作用，框架结构宜设计成双向梁柱刚架体系，如本工程结构布置正是如此。另外，对于抗震设计的框架结构，不宜采用单跨框架。尤其是对于教学楼来说，其由于抗震设防类别为乙类，因此其抗震构造措施应比设防烈度提高一度，即按照7度进行抗震构造措施。同时对于教学楼来说，设计的跨数必须大于一跨。如果不可避免的话，对于高层建筑来说则可设计为框架-剪力墙结构，但对于多层建筑来说则可在单跨方向设置剪力墙。本工程的教学楼横向方向采取三跨框架。
结构布置时由于教学楼一般都在建筑上设计成比较狭长形式，按照规范要求，对于现浇框架结构当长度大于55m时必须设置伸缩缝，通过伸缩缝可避免狭长结构的温度应力，同时还有效地减小狭长结构的扭转效应。而对于建筑上不允许设置伸缩缝的狭长框架结构，通过工程实践表明，笔者认为可以通过增大的角柱等端部的抗侧力构件或者中同增加框架柱增加框架的跨数来限制结构扭转效应。
框架结构设计要点
对于框架结构设计时，往往难以第一次试算就能满足各项规范指标要求，通常都是进行多次调试而最终得到一个合理有效的结构。出现问题关键是对问题进行合理有效的处理，这样才会得到一个合理的结构。通过笔者对本教学楼工程的设计实践，笔者总结在这过程中所遇到的一些设计问题，以及所采取的处理方法。
（1）角柱的处理。角柱往往对结构的扭转刚度等起到一定的作用，而且是否对框架柱定义为角柱，根据规范要求，对于其配筋都因此而不同。首先必须要必须正确地判断哪些框架柱为角柱。通常对于位于建筑平面的凸角部、与柱的正交两个方向各只有一根框架粱与之相连接的框架柱。而位于建筑平面的凹角处，若柱的四边各有一根框架梁与之相连，则可不按角柱对待。考虑到角柱承受双向地震作用，扭转效应对内力影响较大且受力复杂等，抗震设计中对其抗震措施和抗震构造措施有一些专门的要求。
（2）梁裂缝宽度处理。有时结构计算结果反映梁的裂缝宽度不满足规范要求，则正确的处理方法应当是通过增加梁高措施来解决，不应仅仅增加梁宽或加大纵筋。当梁的裂缝宽度不满足规范要求时，首先在保证钢筋面积不变的情况下钢筋根数增加而减小直径，或者在钢筋相同外形情况下降低钢筋级别。
（3）薄弱层处理。薄弱层是指楼层的侧向刚度小于相部上一层的80%或小于其上相邻三个楼层侧向刚度的80%；除顶层外，局部缩进的水平尺寸大于相邻下一层的25%，薄弱层的出现反映了结构侧向刚度不规则。正确的处理方法应当是通过调整楼层侧向刚度，主要采取增大本层侧向刚度或减小上部楼层侧向刚度的方法。
（4）凹凸不规则处理。对于凹凸不规则应采取符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型。当楼板平面过于狭长、有较大的凹入和开洞而使楼板有过大削弱时，楼板有可能产生显著的平面内变形，这时应在设计中考虑楼板削弱产生的不利影响。如在结构分析中考虑柔性或弹性楼板计算模型、采取相应的楼板加强构造措施等。对于错层结构，如错层超过梁高，应按楼板开洞考虑。
计算结果的分析、判断和调整
对于结构设计来说，对结构进行合理的结构布置与建模后，对结构计算结构的分析判断加以调整是结构设计人员关键工作之一。结合工程实践经验，笔者总结了对于框架结构来说几点重点的计算结果分析。
（1）结构自振周期。正常情况下，非耦联计算地震作用时，对于框架结构基本自振周期一般按照公式T1=(0.12～0.15)N计算，其中N为结构计算层数。当结构计算周期偏离上述值太远，应当考虑本工程刚度是否合适，必要时调整结构截面尺寸。如果结构截面尺寸和布置正常，无特殊情况而计算周期相差太远，应检查输入数据有无错误，震动模型有无异常等。而且笔者认为值得注意的是，进行结构设计时，其结构自振周期应尽可能避开场地土卓越周期，否则会发生类共振。例如塘沽地区场地土的自振周期为0.8～1.0s。1976年唐山地震中7～10层框架结构（自振周期为0.6～1.0s）破坏非常严中，许多甚至一塌到底。而3～5层的混合结构住宅（自振周期小于0.3s）却损毁轻微。结果表明了建筑物的自振周期与地面特征周期一致或接近时，由于共振作用会使震害更加严重。
（2）结构振型。正常计算结果的振型曲线多为连续光滑曲线，当沿竖向有非常明显的刚度和质量突变时振型曲线可能有不光滑的畸变点。框架结构的基本振型为剪切型。
（3）结构位移。对于框架啊结构来说，往往结构的位移起着控制作用。因此结构的弹性位移角需满足《抗规》第5.5.1条的要求，即层间位移角应1/550。此时位移是在“楼板平面内刚度无限大”假定条件下计算的，且应在单向水平地震作用时不考虑偶然偏心的影响。如果位移值偏小，则可以减小整体结构刚度。如果位移值偏大，则可以增加整体结构刚度。
（4）渐变性的判断。对于框架结构设计为竖向刚度、质量变化较均匀，在较均匀变化的外力作用下，其内力、位移等计算结果自上而下也应均匀变化，不应有较大的突变，否则应检查结构截面尺寸或输入数据是否正确、合理。
（5）重点检查的数据。对于框架结构来说，笔者总结部分应当重点检查的计算结果，以确保框架结构设计的合理性。1）柱轴压比主要是用于限制内力，以保证框架结构的延性。一般多层框架结构的柱截面是由水平地震作用下为满足位移（抗侧力刚度）确定，高层框架－剪力墙结构的柱截面一般是由柱轴压比要求确定。2）通过控制结构刚度比可有效地避免竖向刚度突变，形成薄弱层。3）剪重比主要是为了控制楼层的最小地震剪力，以有效地确保框架结构的安全。4）位移比：《抗规》第3.4.3条规定。通过控制结构位移比，避免地震作用下扭转对结构造成的不利影响。5）周期比。对于多层框架结构则主要是要求结构的基本自振周期不能以扭转为主。
结语
通过结合笔者从事建筑结构设计经验，提出框架结构布置要点，同时为了确保框架结构的抗震安全，提出框架结构设计事项，为类似工程设计提供参考。
参考文献：
吴综泽．框架结构布置设计以及注意的问题．中小企业管理与科技(上旬刊)，2010，31(06)：56～57.
肖肖山．论建筑框架结构设计中应注意的一些问题．民营科技，2010，25(03)：31～32.
张衡．论建筑框架结构设计的技术措施与技巧．建材与装饰(中旬刊)，2007，35(11)：78～79.
页:
[1]