多層框架房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題分析

王龍 邱海峰

摘 要：在當前建筑行業(yè)快速發(fā)展過程中，框架結(jié)構(gòu)作為一種較為常見的結(jié)構(gòu)形式在當前工業(yè)和民用建筑中應用較為廣泛。框架結(jié)構(gòu)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(yōu)點能夠更好地滿足人們個性化的使用要求。

關(guān)鍵詞：多層框架；房屋建筑；計算方法；結(jié)構(gòu)設(shè)計

前言

在當前建筑工程項目中，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是應用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式，其結(jié)構(gòu)承重主要是由樓板、梁、柱和基礎(chǔ)等四個構(gòu)件共同組成，通過對高度和層數(shù)進行合理設(shè)計，應用框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計研究現(xiàn)狀和優(yōu)缺點分析

1.1 多層框架房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計研究現(xiàn)狀

框架結(jié)構(gòu)主要是由鋼筋混凝土梁、柱、節(jié)點和基礎(chǔ)作為主框，同時還包括樓板、填充墻和屋蓋等共同構(gòu)成的結(jié)構(gòu)形式，通過將樓板、橫梁及柱共同邊結(jié)在一起，使其成為一個主體，這樣基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)形式運用的情況可分為框架結(jié)構(gòu)或是純框架結(jié)構(gòu)。在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中可以根據(jù)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(jié)構(gòu)中的墻體具有較好的圍護和分隔作用，在框架結(jié)構(gòu)中，由于承重構(gòu)件及圍護構(gòu)件之間分工較為明確，因此建筑物的內(nèi)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(jié)構(gòu)來講，由于其構(gòu)件截面不大，這也使框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)的特征，在合理的設(shè)計下，框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)缺點分析

1.2.1 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點

在房屋建筑結(jié)構(gòu)中利用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，不僅能夠靈活對空間進行分隔，而且結(jié)構(gòu)自身的重量不大，能夠?qū)崿F(xiàn)材料的節(jié)約。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)與建筑平面在配合上具有較好的靈活性，在對空間結(jié)構(gòu)具有較大要求的建筑結(jié)構(gòu)中具有較好的適用性。而且框架結(jié)構(gòu)中所使用的梁和柱構(gòu)件容易達到標準化和定型化，更便于采用裝配整體式結(jié)構(gòu)，有利于縮短工期。另外在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)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(jù)自身的實際需要來進行澆筑。

1.2.2 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的缺點

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)，應用較為集中，側(cè)向剛度較小，在強烈地震作用下非結(jié)構(gòu)性破壞較為嚴重，因此在具體設(shè)計過程中適用于非抗震性設(shè)計。而且鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)對于鋼材和水泥的使用量較大，需要較大數(shù)量的構(gòu)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(jié)性影響較大，這也導致鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)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(nèi)力計算

在對多層框架房屋建筑進行設(shè)計時，需要對豎向荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)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(nèi)力進行計算。利用分層法對內(nèi)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?yōu)楣潭ǘ耍以诰唧w分層計算時，底層柱除外，其他各層柱的線剛度需要與系數(shù)0.9進行相乘，同時柱的彎矩傳遞系數(shù)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(shù)值，而且彎矩傳遞系數(shù)也保持不變?nèi)詾?/2。而在利用彎矩二次分配法對內(nèi)力進行計算時，則需要先分配各節(jié)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(nèi)力進行計算時，有效地確保了計算精度的提高，在工程設(shè)計中應用具有較好的效果。

2.2 水平荷載作用下內(nèi)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(jié)構(gòu)內(nèi)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(cè)移時所需要施加的水平剪力，在框架結(jié)構(gòu)的側(cè)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(nèi)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(chǎn)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(zhuǎn)角處于不相等的情況，這時反彎點則會向轉(zhuǎn)角相對較大的一側(cè)進行移動，根據(jù)這種規(guī)律來確定D值法中柱的反彎點位置。

框架結(jié)構(gòu)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(chǎn)生，而且在層間剪力作用下，梁和柱會出現(xiàn)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(chǎn)生。因此當框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)側(cè)移帶來的影響進行綜合考慮，確保結(jié)構(gòu)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(huán)節(jié)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(xù)進行手算。另外還可以利用數(shù)值分析軟件來作為計算的輔助工具，完成對設(shè)計方案相關(guān)數(shù)值的計算工作。

3 多層框架房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟

3.1 建筑設(shè)計部分

建筑設(shè)計主要以平面設(shè)計、剖面設(shè)計和立面設(shè)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(nèi)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(chuàng)意，確保完成的建筑施工圖內(nèi)容的全面性和完整性。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計部分

一是結(jié)構(gòu)選型：根據(jù)建筑設(shè)計方案及設(shè)計原始資料，選擇適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)體系。

二是結(jié)構(gòu)布置：確定柱在平面上的排列方式，一般柱網(wǎng)有內(nèi)廊式和等跨式兩種，選擇承重方案，框架結(jié)構(gòu)的平面布置形式非常的靈活，框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)構(gòu)件，初步確定材料強度等級及構(gòu)件截面尺寸。

三是結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析及構(gòu)件設(shè)計：根據(jù)現(xiàn)行國家設(shè)計規(guī)范，計算結(jié)構(gòu)荷載及地震作用；手算完成結(jié)構(gòu)一個主軸方向的內(nèi)力分析，進行框架梁、柱的內(nèi)力組合，完成構(gòu)件截面設(shè)計；同時，可采用工程設(shè)計軟件PKPM計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力及配筋，并與手算結(jié)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(jié)構(gòu)施工圖。

4 結(jié)束語

在多層框架房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中經(jīng)常會遇到一些規(guī)程及規(guī)范中沒有涉及到的問題，這就需要設(shè)計人員依靠自身的豐富經(jīng)驗和正確的設(shè)計理念來完成設(shè)計工作中遇到的難題，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學性，為我國建筑行業(yè)的健康、持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]熊丹安.建筑設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計概要[M].武漢：武漢理工大學出版社，2005（2）.

[2]徐秀麗.混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008（9）.

[3]呂曉寅，劉林，等.混凝土房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：清華大學出版社，2009（5）.