民用建筑多層框架結構設計基本原則與要點探析

王曉穎

摘 要：多層框架結構建筑涉及到多種力學知識，并且其設計也相對復雜，設計多層框架結構對建筑設計人員提出了很高的設計要求，也需要設計人員具備豐富的設計經驗。由此可知，設計人員在進行多層框架結構建筑進行設計時要全面分析各個影響因素，從而保質保量地完成設計工作。本文探討了框架結構建筑的分類，重點敘述了民用建筑剁成框架結構設計基本原則以及要點分析，為同行提供參考資料。

關鍵詞：民用建筑；多層框架；結構設計

中圖分類號：TU323.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）15-0111-02

隨著科技以及社會的不斷進步與發展，我國建筑設計施工行業也日益發展起來，并且民眾對建筑的功能以及構造的要求也日益增加。當下社會中，框架結構建筑是比較流行也比較受歡迎的結構模式之一。這種模式也在民用建筑設計中被廣泛采用。受力清晰、空間使用率高、造價低等特點都是這種結構被人們采納的特性，在建筑行業，可以通過采用框架結構來達到有效提高建筑綜合性能的目的。

1 框架結構分類

框架結構的可以根據使用材料的不同進行分類。具體可分為鋼結構、混凝土結構、鋼骨混凝土結構。這些不同種類的框架結構廣泛運用在多層框架民用建筑結構設計工作中。

1.1 鋼筋混凝土框架結構

取材方便、造價低廉、耐久性能優越，這些都是鋼筋混凝土結構的結構具有的優點。這種結構也被廣泛運用在我國民用住宅的設計建設工程中，整體來說，我國大部分的框架結構建筑都采用鋼筋混凝土框架結構。

1.2 鋼框架結構

抗震性好、自重較輕、施工便捷、機械化程度高等都是鋼框架結構所具備的優點。這些優點是鋼筋混凝土結構不能超越的。但是用鋼量較大、設計成本較高則是這種結構的缺點。并且相比混凝土框架結構來說，鋼框架結構后期的維修費用也比較高。實際應用過程中，一些建筑工程對于強度等級并沒有特別嚴格的需求與要求，普通的鋼筋混凝土框架結構則能滿足實際的要求，使用鋼框架結構便會增加工程總體造價，增加建設成本，并且大材小用。鋼框架結構相比而言更適用于工期要求緊、工作效率較高的搶險工程中。鋼框架結構施工流程主要為在工程預先制作好相應型號的鋼柱、鋼梁，然后運輸到施工現場，在現場對鋼柱鋼梁進行焊接組裝。相比鋼筋混凝土框架結構，鋼框架結構的耐火性很差，能夠使用這種結構的場合也很有局限性，這種結構不向鋼筋混凝土結構一樣能夠擁有廣泛的使用范圍，這也是制約鋼框架結構生產技術發展的因素之一。雖然我國目前對鋼框架結構在民用多層建筑中的運用還不夠成熟廣泛，但隨著我國鋼產量的增加以及煉鋼技術的不斷提升，鋼框架結構設計建造技術也將不斷提升。因此，這種技術在我國以及世界上仍有很好的發展空間。

2 多層框架住宅結構設計要點分析

2.1 荷載

獨立基礎設計的荷載取值不當是在結構設計過程中容易出現的一個問題。一般情況下，選用鋼筋混凝土結構進行設計的多層框架房屋的基礎多為柱下獨立基礎。這種情況，就需要設計人員計算基礎和地基涉及的承載力，并且要對其整體進行計算與嚴格的驗證。風荷與其相關影響也是設計者需要進行分析計算的參數之一。無論房屋建設地點不處于地震區還是處于地震區，設計者都要根據實際的地質參數以及設計數據對結構進行承載力的計算分析。另外，在對獨立基礎進行設計計算時，除了要分析基礎頂面剪力的設計值以外，還要對結構的軸力和彎矩的設計值進行計算分析，從而保證獨立基礎的結構設計結果穩定且合理。

2.2 截面尺寸

框架結構設計的關鍵與前提是梁柱截面尺寸的設計。這就就要求在設計過程中，設計值不僅要嚴格按照國家規范設定的范圍進行設計，還要考慮到梁柱的線剛度比以及柱的線剛度等參數，讓魔性計算假定與實際尺寸相符合。這樣做可以避免當地震發生時，整個建筑結構產生不良損害。

2.3 框架柱配筋

當地震發生時，框架柱將會受到很大的扭轉剪力，并且也會受到不同程度的雙向彎矩作用。一般情況下，框架柱有比較低的配筋率，這就導致了框架柱的橫梁約束較小，并在雙向偏心受壓的狀態下受力。地震產生的作用力就會對內柱產生非常大的損害。因此，對框架結構建筑進行結構的配筋計算設計時，設計思路要往最不利的方向考慮。為了保證框架柱復核相關規范的強度要求，在配筋計算的過程中，設計者應該注意在地震的強作用下，建筑的角柱、邊柱、抗震墻等會出現的偏心受拉的情況。所以，對于這些結構部分，要保證其縱筋的設計總截面面積相比設計計算值大20%；設計者可以通過將框架柱的箍筋設計成井字型或菱形等形式來達到提高箍筋對混凝土約束的目的。當地基所處地質情況屬于軟弱圖層時，設計人員可以適當增大剁成框架建筑結構的框架柱的配筋。

2.4 基礎拉梁

避免基礎拉梁不合理設計參數是結構設計工作的內容之一。一般來說，基礎拉梁適合設置在±0.000以下的位置。并且，設計者應該按照結構的要求設置基礎拉梁，不應該減少底層柱和減少底層的位移的計算。如果基礎的埋深相對交錢，是記者可以根據柱子荷載、抗震要求、地基的情況，設置沿著建筑主軸的方向的基礎拉梁。其中，柱中心距的1/18是比較理想的高度，柱中心距的1/30為比較理想的寬度。同時，可以適當加大拉梁的截面以達到更好地進行配筋的目的。這樣的拉梁應該設置在基礎的頂部，設置在基礎的頂面上相比較不夠理想。設計者也可以按照中心受壓情況對基礎拉梁進行設計。

3 多層框架民用建筑結構基本原則

3.1 結構薄弱層設計

在強烈地震情況下，建筑結構中最易發生塑性位移的部位叫做結構薄弱層。設計人員對多層框架建筑結構進行設計計算時，應該首要保證結構薄弱層承載力的合理性，以達到國家標準要求的抗震性能指標。根據總多的科學實驗驗證以及設計經驗可知，在建筑結構的綜合性能方面，結構薄弱層有著至關重要的影響。由此可見，在設計工作中，設計人員要盡量避免在多層框架建筑中出現結構薄弱層。設計者可以通過加大薄弱層的柱截面和梁截面達到增強抗震側移以及結構剛度的目的。如果現實條件制約的情況下無法避免結構薄弱層的出現，設計人員可以通過盡量降低結構薄弱層層高或減少基礎埋深的辦法加強薄弱層強度，也需要設計適當的加強措施，對結構薄弱層進行加強，從而保證對曾框架結構的穩定性。

3.2 框架結構梁的設計

在多層框架建筑結構進行設計時我們發現，橫向鋼筋承受了梁下部范圍以及截面高度范圍內的全部集中荷載。所以，在設計工作中，需要認真考慮附加箍筋以及吊筋的設計情況。設計人員要在結構設計的總說明畫出主梁次梁的搭接處的相應節點，并在次梁的兩側適當補充增加主梁箍筋。當框架梁和次梁相交的時候，設計者可以對梁端采用按照簡支梁的方式進行處理，并必須對梁端的箍筋進行一定的加密處理。

3.3 框架結構柱的設計

在設計人員對框架結構柱進行設計的時候，如果地上部分采用圓柱型的結構柱，則地下部分要盡量設計成矩形。這樣設計可以再施工過程中有效地減少施工工序。設計人員要保證地上部分圓柱形框架柱的配筋數最少為8根，同時要通過采用螺旋式箍筋的方法保證對結構整體性和結構柱承載力起到有效的增加增強作用。設計人員可以通過采用井字復合箍的箍筋方式對地下矩形柱進行強度提升。設計者還應該對有抗震要求的情況按照相關的設計規范對矩形柱配筋進行加密處理，從而保證框架結構柱的抗震性能達到國家相關規定。對于非抗震要求，康佳結構柱一般情況下其截面邊長應該大于等于250mm；對于需要達到四級抗震要求的建筑結構，其框架結構柱的界面邊長需要大于等于300mm；對于要符合一到三級抗震要求的建筑結構，框架結構柱丶界面邊長要大于等于400mm。

4 框架結構設計中應該注意的其他問題

4.1 現澆板的共同作用

在設計多層框架結構建筑過程中，梁板整體現澆是廣泛采用的施工方法。這種方法使梁與板共同作用，一方面提高了框架梁的截面剛度，另外一方面也對梁端負彎矩承載能力進行了提升。為了增強結構可靠性，提升框架結構穩定性，設計過程中在框架結構建筑中采用現澆板施工技術是有效的措施。

4.2 梁端斜截面配筋調整

為了滿足“強剪弱彎”的規范要求，即在地震的作用下，讓框架梁的梁端斜截面所承受的剪承載力滿足規范要求，設計者可以再具體的設計工作中通過以下的措施實現設計目標：控制梁端箍筋的直徑保持在合理范圍，并適當增加2mm的直徑，這樣可以在加大梁的跨中受力鋼筋的同時不放大梁端負彎矩鋼筋，盡量不在支座處設置彎起鋼筋，最好讓箍筋承受支座剪力。

4.3 關于底層層高的問題

進行底層計算時，層高應該算到基礎頂面，即底層柱嵌固點處。在使用軟件進行設計計算的過程中，如果計算層輸入為底層層高，會導致底層計算剛度小于實際剛度，其地震效應會相比偏小，梁柱的配筋也會跟著變小，這樣勢必導致了結構的不穩定。

5 框架結構設計基本原則

5.1 剛柔并濟

剛柔并濟的設計理念應該融入到建筑結構設計思路中去，剛性太強的結構變形能力一般較差，當結構面對強大的瞬間破壞力時，由于較差的變形能力，容易導致局部損壞或全部受損；塑性較強的結構雖然可以很大程度上消減外力，但也容易由于較大的變形導致建筑整體傾覆。這些問題一直都是專家們研究爭論的焦點，目前我們只能參照規范給出的指標進行設計。

5.2 多道防線

安全的結構體系需要設置層層的風險防范措施。當危險災難來臨的時候，所有結構通力合作來抵抗外力，這樣才能保證結構的穩定以及安全。如果把抵御風險的希望都寄托在某一個部分上，是非常危險的。例如框架剪力墻比純框架更安全、多肢墻壁單片墻更安全，這些就體現了多道防線的設計理念。

5.3 抓大放小

“強柱弱梁”、“強剪弱彎”等名詞在框架結構體系以及康結構設計中都是非常重要的定義。為什么每個構建都有很強的應力性反而不好，甚至會埋藏安全隱患？簡要來說，建筑結構是由各個組成構建交織在一起的，各個構件所承擔的任務也有很大的區別。當然也會有不同輕重的重要性。但是每個構建存在的目的都是在不可預料的外力來襲時抵抗外力來保護重要構建不收破壞所存在的，這時候通過犧牲某個構件這個措施來達到保護重要構件的目的就顯得尤為重要。在框架結構中，柱的損壞一定會引起梁的損壞。但梁斷或者受損并不一定會導致柱的損壞。由此可見，柱在鋼結構系統中屬于關鍵構件。所以為了保證柱能堅持到最后一秒，設計者應刻意將梁設計成薄弱的部分，讓結構體系受到破壞力沖擊時，梁首先遭到破壞吸收能量，保證柱不受到順滑，以達到最大限度減少可能出現的損失。

5.4 打通關節

渾然一體不存在任何關節的結構體系是理想的機構體系。這樣的結構體系中，外力可以得到有效的傳遞和消減。設計者在設計過程中要做的就是盡可能的減少或打通各個組件之間的關節，是力量在各個關節中暢通傳導。

6 結語

隨著經濟的不斷發展，我國建筑行業也有著突飛猛進的發展。設計理念、思路、方法也在不斷地更新。多層建筑設計中采用框架結構，可以讓設計師靈活地對建筑平面布置進行設計，也為大空間設計提供了技術支持。本文就是對設計過程中框架結構設計涉及的基本理念以及要點的一些闡述，希望這些理念能給各位同行在今后的設計工作提供新的思路，以提升我們的工作效率。