多層框架建筑結構設計探索

高寶宇

（雙鴨山市建筑設計院，黑龍江 雙鴨山 155100）

多層鋼結構一般采用框架類結構體系，因此也稱為多層鋼框架結構。多層鋼結構是工業與民用建筑中常用的結構形式，在工業建筑中用作礦井地面建筑、石油焦化結構和電子工業、機械工業的多層廠房等；在民用建筑中用于停車場、辦公樓等建筑。

1 多層鋼結構類型

1.1 柱一支律體系

多層框架梁柱節點均為鉸接，而在縱向與橫向沿柱高設置豎向柱間支撐，其空間剛度及抗側力承載力均由支撐提供，適用于柱距不大而又允許雙向設置支撐的建筑物，其特點是設計、制作及安裝簡單，承載功能明確，側向剛度較大，用于抗側力的鋼耗量較少。

1.2 純框架體系

多層框架在縱、橫兩個方向均為多層剛接框架，其承載能力及空間剛度均由剛接框架提供，適用于柱距較大而又無法設置支撐的建筑物，其特點為節點構造較復雜、結構用鋼量較多，但使用空間較大。

1.3 框架一支撐體系

該體系為多層框架在一個方向(多為縱向)為柱一支撐體系，另一方向(多為橫向)為純框架體系的混合體系;其特點為一個方向無支撐便于生產或人流、物流等建筑功能的安排，又適當考慮了簡化設計、施工及用鋼量等要求，為實際工程中較多采用的體系。

2 多層框架結構的組成與布置

2.1 多層框架結構的組成

框架結構由柱和梁組成。一般柱子垂直布置，梁水平布置。屋面由于排水或其它方面的要求，也可布置成斜梁。梁柱連結處一般為剛性連接。有時為便于施工或由于其它構造要求，也可將部分節點做成鉸節點或半鉸節點。當梁、柱之間全部為鉸接時，也稱為多層排架。剛性連接的梁比普通梁式結構要節約材料，構的橫向剛度較好，橫梁的高度也較小，因而可增加房屋的凈空，是一種比較經濟的的結構形式。柱支座一般為固定支座，必要時也可設計成鉸支座。

框架可以是等跨或不等跨，層高可以相等或不完全相等。有時因工藝要求而在某層抽柱或缺梁形成復式框架。框架結構為高次超靜定結構，既承受豎向荷載，又承受側向作用力 (風荷載或地震作用等)。為利于結構受力，框架梁宜拉通、對直，框架柱宜上、下對中，梁柱軸線宜在同一豎向平面內。有時由于使用功能或建筑造型上的要求，框架結構也可做成抽梁、抽柱、內收、外挑等。

框架結構有實腹式、格構式以及橫梁為格構式、柱為實腹式的混合式框架。實腹框架梁的橫截面一般為矩形或梯形截面。混凝土框架柱的截面形式常為矩形或正方形，有時由于建筑上的要求，也可設計成圓形、八角形、T 形等。鋼框架柱的截面形式常采用H 形或箱形。實腹式框架外形簡捷美觀，制造和施工簡單，安裝省工，但材料利用率低。當結構跨度較大時，可采用格構式框架。格構式框架剛度較大，用鋼省，其外形與凈空布置比實腹式框架靈活，但制造加工和安裝較為復雜。混合式框架的目的主要是減輕橫梁自重，增加結構剛度。當樓蓋為現澆板時，可將樓板的一部分作為框架梁的翼緣予以考慮，即框架梁截面為T 或r 形;當采用預制板樓蓋時，為減小樓蓋結構高度，增加建筑凈空，混凝土框架梁截面常為十字形或花籃形;這時也可將預制梁做成T 形截面，在預制板安裝就位以后，再現澆部分混凝上，使后澆混凝土與預制梁共同工作即成為疊合梁，這樣一方面保證了梁的有效高度和承載力，另一方面可將梁板有效地連成整體，改善結構的抗震(振)性能。預制梁可以是鋼筋混凝土梁，也可以是鋼梁。

在框架結構中，常因功能需要而設置非承重隔墻。隔墻位置較為固定并常采用砌體填充墻。當考慮建筑功能可能變化時，也可采用輕質分隔墻，靈活分隔。砌體填充墻是在框架施工完后砌筑的，砌體填充墻的上部與框架梁底之間必須用砌塊“塞緊”。墻與框架柱有兩種連接方法，一種是柱與墻之間留縫，并用鋼筋柔性連接，計算時不考慮填充墻對框架抗側剛度的影響;另一種是剛性連接，在多遇水平地震作用下，框架側向變形時，填充墻起著斜壓桿的作用，從而提高了框架的抗側移能力，在罕遇水平地展作用下，填充墻也能對防止倒塌起積極的作用。

2.2 框架結構分類

框架結構按所用材料的不同，可分為鋼結構、混凝土結構和鋼骨混凝土結構。鋼框架結構一般是在工廠預制鋼梁、鋼柱，運送到施工現場再拼裝連接成整體框架，具有自重輕，抗震(振)性能好，施工速度快，機械化程度高等優點，但用鋼量稍大，耐火性能差，后期維修費用高，造價略高于混凝土框架。目前鋼框架在我國應用還不多。隨著我國鋼材產量的迅速增加，品種增多，鋼結構設計和施工技術的不斷提高，鋼框架的運用將有良好的前景。混凝土框架結構由于其取材方便，造價低廉，耐久性好，可模性好等優點，在我國得到了廣泛的應用。目前我國絕大部分框架結構均為鋼筋混凝土結構。為節省材料、減小梁高，可對框架梁施加預應力，也可對整個框架結構整體施加預應力。此外，還可采用鋼骨混凝土梁、柱構件組成組合框架結構。在結構受力較大，尤其是抗震區的多高層框架結構中，鋼管混凝土以其良好的受力性能日益受到工程師的矚目。

3 多層框架房屋結構設計中需要注意的問題

3.1 獨立基礎設計荷載取值

通常情況下,多層框架房屋采用的是柱下獨立基礎的形式,而《抗震規范》中明確指出,在地基的主要持力層沒有軟弱粘性土層的情況下,當建筑高度在25米以內且層數在8層以內的一般民用建筑,可以不對地基和基礎的抗震承載力進行驗算。但是在進行基礎設計時應該要將風荷載考慮進去。所以，不能因為一般建筑在地震區風荷載不是控制荷載而忽略了。還有些設計師在進行獨立基礎設計時，柱腳內力設計值取值不合理，只對軸力與彎曲采取了設計值，而未能考慮剪力，還有些甚至只取了軸力設計值。若獨立基礎的設計荷載取值不合理，將會導致建筑結構的不安全或者材料浪費。

3.2 基礎拉梁層的計算模型問題

基礎拉梁層進行框架整體計算一般都是采用TAT 或者SATWE 等程序，由于基礎拉梁層無樓板，因此計算時樓板厚度應取零，并且定義彈性節點，分析計算式應該采用總剛分析方法。另外尤其是要注房屋平面不規則這一點。

3.3 框架結構帶樓電梯小井筒

井筒將會吸收地震剪力，以至于框架結構承受的地震剪減小。因此框架結構應該盡可能的不要設置鋼筋砼樓電梯小井筒。若實在不可避免時，應該適當的減薄井筒的壁厚，并且可以通過豎縫，結構洞等方法將其剛度減弱。計算時，除按框架計算外，還應該按照帶井筒的框架進行復核，并且將與井墻連接的柱子的配筋進行加強。另外，尤其要注意，出屋頂的樓電梯間與水箱間等結構物的承重結構必須采用框架梁結構，而不能采用砌體墻;雨篷等構件不能夠從承重墻挑出，而是應該從承重梁上挑出;樓梯梁與夾層梁等不可以支承于填充墻上，而應該由承重柱來支承。

結束語

隨著我國經濟的高速發展，建筑行業的發展前景也十分廣闊，多層框架結構許多優點，因此被廣泛的應用于現代建筑中。雖然，其結構形式看上去比較簡單，但是設計時若考慮不周全、不仔細就會出現這樣或者那樣的錯誤，因此我們在進行設計時，必須思慮細密，多方面考慮，確保建筑結構設計質量。

[1] 邱洪興.建筑結構設計[M].東南大學出版社，2002.

[2] 陳志華.建筑鋼結構設計[M].天津大學出版社，2004.

[3] 李鳳蘭.作用與結構設計方法[M].鄭州大學出版社，2010.