基于多層建筑框架結構設計方法研究

潮州市饒平縣建筑設計室 515700

摘要：文章結合筆者多年從事設計工作經驗，簡要分析了多層建筑框架結構設計的特征，并總結了多層框架房屋建筑計算方法，并結合工程實例，主要就多層建筑框架結構設計方法進行了分析與研究，旨在為結構設計人員提供參考依據。

關鍵詞：多層建筑；框架；結構設計；計算方法；實例分析

1 引言

近年來，隨著我國建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，人們對多層框架房屋建筑結構設計的要求也不斷提高。然而，由于框架結構是鋼筋混凝土建筑中最常用的結構形式，具有傳力明確、結構布置靈活、抗震性和整體性好的優(yōu)點，從而在多層的工業(yè)與民用建筑中得到了廣泛的應用。因此，做好多層建筑框架結構設計工作具有重要的研究意義。本文結合筆者的工作總結，主要論述了多層建筑框架結構設計方法。

2 多層建筑框架結構設計概述

對于框架結構，在結構建筑特點方面：它是由鋼筋混凝土梁、柱、節(jié)點及基礎為主框，加上樓板、填充墻、屋蓋所組成的結構形式，樓板和橫梁連在一起，橫梁和柱通過節(jié)點連為一體，形成承重結構，將荷載傳至基礎，力的傳遞路線比較明確。對于整個房屋全部采用這種結構形式的稱為框架結構或純框架結構。框架可以是等跨或不等跨的，也可以是層高相同或不完全相同的，有時因房屋布局和空間使用要求等原因，也可能要在某層抽柱或某跨抽梁，形成缺梁、缺柱的框架。墻體是填充墻，僅起圍護和分隔作用，所以框架結構的最大特點是承重構件與圍護構件有明確分工，建筑物的內外墻處理十分靈活，應用范圍很廣。總得來說，多層建筑框架結構設計優(yōu)點和缺點如下：

（1）鋼筋混凝土框架結構的優(yōu)點。鋼筋混凝土框架結構空間分隔靈活，自重輕，節(jié)省材料；具有可以較靈活地配合建筑平面布置的優(yōu)點，利于安排需要較大空間的建筑結構；框架結構的梁、柱構件易于標準化、定型化，便于采用裝配整體式結構，以縮短施工工期；采用 現澆混凝土框架時，結構的整體性、剛度較好，設計處理好也能達到較好的抗震效果，而且可以把梁或柱澆注成各種需要的截面形狀。

（2）鋼筋混凝土框架結構的缺點。框架節(jié)點應力集中顯著，框架結構的側向剛度小，屬柔性結構框架，在強烈地震作用下，結構所產生水平位移較大，易造成嚴重的非結構性破壞，適用于非抗震設計；鋼材和水泥用量較大，構件的總數量多，吊裝次數多，接頭工作量大，工序多，浪費人力，施工受季節(jié)、環(huán)境影響。

3 多層建筑框架結構計算方法

3.1 豎向荷載作用下內力計算

在內力計算中，在豎向荷載作用下框架結構的內力可用分層法、彎矩二次分配法等近似方法計算。分層法在分層計算時，將上、下柱遠端的 彈性支承改為固定端，同時將除底層外的其他各層柱的線剛度乘以系數0.9，相應地柱的彎矩傳遞系數由1/2 改為 1/3，底層柱和各層梁的線剛度不變且其彎矩傳遞系數仍為1/2。彎矩二次分配法是先對各節(jié)點的不平 衡彎矩都進行分配（其間不傳遞），然后對各桿件的遠端進行傳遞。分層法和彎矩二次分配法的計算精度較高，可用于工程設計。

3.2 水平荷載作用下內力計算

水平荷載作用下框架結構內力可用 D值法、反彎點法等簡化方法計算。其中D值法的計算精度較高，當梁、柱線剛度比大于3時，反彎點法也有較好的計算精度。D值是框架結構層間柱產生單位相對側移所需施加的水平剪力（如圖1為某工程剪力示意圖），可用于框架結構的側移計算和各柱間的剪力分配。D值是在考慮框架梁為有限剛度、梁柱節(jié)點有轉動的前提下得到的，故比較接近實際情況。影響柱反彎點高度的主要因素是柱上、下端的約束條件。柱兩端的約束剛度不同，相應的柱端轉角也不相等，反彎點向轉角較大的一端移動，即向約束剛度較小的一端移動。D值法中柱的反彎點位置就是根據這種規(guī)律確定的。

圖1 剪力示意圖

在水平荷載作用下，框架結構各層產生層間剪力和傾覆力矩。層間剪力使梁、柱產生彎曲變形，引起的框架結構側移曲線具有整體剪切型變形特點；傾覆力矩使框架柱（尤其是邊柱）產生軸向拉、壓變形，引起的框架結構側移曲線具有整體彎曲型變形特點。當框架結構房屋較高或其高寬比較大時，宜考慮柱軸向變形對框架結構側移的影響。

3.3 軟件輔助計算

在手算前，用 PKPM 對初選方案進行結構剛度、效應分析、桿件內力標準值的計算，基本掌握模型建立、荷載輸入、參數確定、整體計算、結果分析等各重要環(huán)節(jié)。如若電算通過，則繼續(xù)進行手算；若不通過，則應變換截面尺寸，直至電算通過。此外，還可利用 SAP2000 等數值分析軟件，對設計方案進行建模模擬，驗算內力、變形等。

4 多層建筑框架結構設計實例分析

4.1項目概況

某辦公樓建筑，一共6層，建筑面積 4000m2左右，其中包括辦公室和會議室。設電梯 一部，入口門庭兩層通高，抗震設防烈度為Ⅶ度，設計基本地震加速度值為0.10g，建筑物防火等級為二級。場地設計分組為第三組，場地土類型為Ⅱ類。地面粗糙度類別 C 類。

建筑場地：70m×40m，主要建筑材料有：鋼筋：HPB300 級，HRB335 級，HRB400～HRB500 級。混凝土：C30～C40。砌體（填充墻）：加氣砌塊、空心砌塊，強度等級≥ MU7.5（加氣砌塊、空心砌塊容重不大于 8kN/m3），采用 M7.5混合砂漿砌筑。

4.2 建筑結構設計方法

4.2.1 建筑部分設計

（1）平面設計：合理確定平面柱網尺寸；布置房間；確定樓（電）梯數量、位置及形式；滿足室內采光、通風要求。

（2）剖面設計：確定合理層高；給出樓（地）面、屋面、墻身工程做法。

（3）立面設計：建筑風格、造型應富有創(chuàng)意，有時代感。要求完成的建筑施工圖有：首層平面圖（1：100）；標準層平面圖（1：100）；建筑詳圖（1：50 或 1：25）；立面圖（1：100或 1：50）：正立面、側 立面；剖面圖（1：100或 1：50，剖切位置必須在樓梯部位）；建筑設計說明書（在建筑設計說明中，應說明自己所選取的方案的設計意圖，注意從平、立、剖等方面分別說明）。

4.2.2 結構部分設計

（1）結構選型：根據建筑設計方案及設計原始資料，選擇適當的結構。

（2）結構布置：確定柱在平面上的排列方式，一般柱網有內廊式和等跨式兩種，選擇承重方案，框架結構的平面布置形式非常的靈活，框架結構按照承重方式的不同分為三類：橫向框架承重方案；縱向框架承重方案；縱橫向框架混合承重方案。

（3）構件布置。合理布置結構構件，初步確定材料強度等級及構件截面尺寸。要確定構件的截面尺寸，只能先估算，等構件的內力和結構的變形計算好后，如果估算的截面尺寸符合要求，便以估算的截面尺寸作為框架的最終截面尺寸。如果所需的截面尺寸與估算的截面尺寸相差很大，則要重新估算和重新進行計算。

（4）結構內力分析及構件設計。根據現行國家設計規(guī)范，計算結構荷載及地震作用；手算完成結構一個主軸方向的內力分析，進行框架梁、柱、的內力組合，完成構件截面設計；同時，可采用工程設計軟件 PKPM 計算結構內力及配筋（如圖2 為某工程衛(wèi)生間處錯誤配筋圖和衛(wèi)生間處正確配筋圖），并與手算結果進行對比分析。完成樓梯的計算和配筋，完成板的配筋計算。

圖2 衛(wèi)生間處錯誤配筋圖和正確配筋圖

5 結論

總之，在多層建筑結構設計中，時常會遇到一些問題和不足，這就需要設計人員不斷地積累結構設計經驗，利用正確的概念進行設計。本文總結了多層框架建筑結構設計的方法，并結合工程實例加以論述，提出了結構設計中的重點及難點，以供大家參考與借鑒。

參考文獻：

[1]徐秀麗.混凝土框架結構設計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008（09）.

[2]呂曉寅，劉林，等.混凝土房屋結構設計[M].北京：清華大學出版社，2009（05）