多層框架房屋建筑結構設計問題分析

王龍 邱海峰

摘 要：在當前建筑行業快速發展過程中，框架結構作為一種較為常見的結構形式在當前工業和民用建筑中應用較為廣泛。框架結構在布置上具有較好的靈活性，抗震性能和整體性能較好，傳力明確等諸多優點能夠更好地滿足人們個性化的使用要求。

關鍵詞：多層框架；房屋建筑；計算方法；結構設計

前言

在當前建筑工程項目中，鋼筋混凝土框架結構是應用最為廣泛的結構形式，其結構承重主要是由樓板、梁、柱和基礎等四個構件共同組成，通過對高度和層數進行合理設計，應用框架結構具有較寬闊的空間，而且在平面布置上具有較好的靈活性，能夠更好地滿足多種工藝及使用功能的要求，這也是當前框架結構在住宅及公用建筑中得以廣泛應用的最重要因素。

1 多層框架房屋建筑結構設計研究現狀和優缺點分析

1.1 多層框架房屋建筑結構設計研究現狀

框架結構主要是由鋼筋混凝土梁、柱、節點和基礎作為主框，同時還包括樓板、填充墻和屋蓋等共同構成的結構形式，通過將樓板、橫梁及柱共同邊結在一起，使其成為一個主體，這樣基礎能夠有效地承擔起較大的荷載，而且力的傳遞路徑也較為明確，能夠起到較好的承重作用。在建筑施工中，針對房屋結構形式運用的情況可分為框架結構或是純框架結構。在框架結構設計中可以根據房屋布局和空間使用要求來將框架分為等跨和不等跨，而且層高可以相同也可以不相同，在具體應用中可以存在缺梁或是缺柱的框架。房屋建筑結構中的墻體具有較好的圍護和分隔作用，在框架結構中，由于承重構件及圍護構件之間分工較為明確，因此建筑物的內外墻可以靈活進行處理，能夠為建筑提供非常靈活的使用空間。對于框架結構來講，由于其構件截面不大，這也使框架結構自身的承載力和剛度都不大，因此當樓層越高時，框架需要承受來自于縱向和橫向兩個方向較大的水平力。這也決定了框架結構屬于柔性結構的特征，在合理的設計下，框架結構具有非常好的延展性，具有較強的抗震性能。

1.2 多層框架房屋建筑結構設計優缺點分析

1.2.1 鋼筋混凝土框架結構的主要優點

在房屋建筑結構中利用鋼筋混凝土框架結構，不僅能夠靈活對空間進行分隔，而且結構自身的重量不大，能夠實現材料的節約。鋼筋混凝土框架結構與建筑平面在配合上具有較好的靈活性，在對空間結構具有較大要求的建筑結構中具有較好的適用性。而且框架結構中所使用的梁和柱構件容易達到標準化和定型化，更便于采用裝配整體式結構，有利于縮短工期。另外在鋼筋混凝土框架結構應用過程中，具有整體性好、剛度大及抗震效果好的特點，同時梁和柱的截面形狀可以根據自身的實際需要來進行澆筑。

1.2.2 鋼筋混凝土框架結構的缺點

鋼筋混凝土框架結構屬于柔性結構，應用較為集中，側向剛度較小，在強烈地震作用下非結構性破壞較為嚴重，因此在具體設計過程中適用于非抗震性設計。而且鋼筋混凝土框架結構對于鋼材和水泥的使用量較大，需要較大數量的構件，在施工過程中需要多次進行吊裝，接頭工作量較大，工序較多，而且受季節性影響較大，這也導致鋼筋混凝土框架結構在高層建筑中不具有適用性。

2 多層框架房屋建筑計算方法

2.1 豎向荷載作用下內力計算

在對多層框架房屋建筑進行設計時，需要對豎向荷載作用下的結構內力進行計算，通常情況下會采用分層法和彎矩二次分配法來對豎向荷載作用下的內力進行計算。利用分層法對內力進行計算時，則需要將上、下柱遠端的彈性支承進行改變，使其變為固定端，而且在具體分層計算時，底層柱除外，其他各層柱的線剛度需要與系數0.9進行相乘，同時柱的彎矩傳遞系數也需要改為1/3，而底層柱的線剛度不變，同時各層梁的線剛度也保持原來的數值，而且彎矩傳遞系數也保持不變仍為1/2。而在利用彎矩二次分配法對內力進行計算時，則需要先分配各節點的不平衡彎矩，分配完成后才能不對各桿件的遠端進行傳遞。利用這兩種方法來對內力進行計算時，有效地確保了計算精度的提高，在工程設計中應用具有較好的效果。

2.2 水平荷載作用下內力計算

可以采用D值法和反彎點法來對水平荷載作用下的框架結構內力進行計算。這兩種方法有效的確保了計算的精度。D值法中的D值作為層間柱相對側移時所需要施加的水平剪力，在框架結構的側移計算中具有較好的應用，同時也可以將其應用在各柱間的剪力分配上，D值與實際情況具有非常好的接近度。在水平荷載作用下對內力進行計算時，柱上和下端的約束條件會對柱反彎點高度產生較大的影響，而且當柱兩端的約束剛度不一樣時，也會導致柱端轉角處于不相等的情況，這時反彎點則會向轉角相對較大的一側進行移動，根據這種規律來確定D值法中柱的反彎點位置。

框架結構在水平荷載作用下，各層之間會有層間剪力和傾覆力矩的產生，而且在層間剪力作用下，梁和柱會出現不同程度的變形。而在傾覆力矩作用下，會導致框架柱軸向拉、壓變形的產生。因此當框架結構房屋高度較大或是具有較大的高度比時，這時則需要對柱軸向變形給框架結構側移帶來的影響進行綜合考慮，確保結構的牢固性。

2.3 軟件輔助計算

在手算之前，需要利用電算來對初選方的各個方面進行計算，對重要環節進行有效掌握。當電算沒有通過時，則需要對截面的尺寸進行變換，當其通過后則可以繼續進行手算。另外還可以利用數值分析軟件來作為計算的輔助工具，完成對設計方案相關數值的計算工作。

3 多層框架房屋建筑結構設計步驟

3.1 建筑設計部分

建筑設計主要以平面設計、剖面設計和立面設計為主，需要對平面柱面的尺寸進行合理確定，有效地滿足室內采光和通風的要求，合理對層高進行確定，同時還要確保建筑的造型上具有較強的時代感，富有創意，確保完成的建筑施工圖內容的全面性和完整性。

3.2 結構設計部分

一是結構選型：根據建筑設計方案及設計原始資料，選擇適當的結構體系。

二是結構布置：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。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。

三是結構內力分析及構件設計：根據現行國家設計規范，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，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。

四是繪制結構施工圖。

4 結束語

在多層框架房屋建筑結構設計過程中經常會遇到一些規程及規范中沒有涉及到的問題，這就需要設計人員依靠自身的豐富經驗和正確的設計理念來完成設計工作中遇到的難題，確保結構設計的科學性，為我國建筑行業的健康、持續發展奠定良好的基礎。

參考文獻

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