淺談民用建筑多層框架結構設計

王明才

（重慶電力設計院重慶400000）

淺談民用建筑多層框架結構設計

王明才

（重慶電力設計院重慶400000）

隨著我國經濟的不斷發展，城市基礎設施建設和房地產市場取得了突飛猛進的發展。城市住房建筑的多樣化趨勢，以及城市住房建筑施工技術的提升，使得多層框架房屋結構設計這種新型設計方式在商品房開發中被普遍的運用。本文著重分析了對多層框架房屋結構設計內容，并以多層混凝土框架結構設計為例分析優化方法。

民用建筑；多層框架；結構設計

1 引言

隨著社會的不斷發展與進步，我國的建筑行業也日益壯大起來，其對建筑造型和功能的要求也越來越高，框架結構是當下建筑較為流行的一種結構模式，被人們在民用建筑中廣泛使用，這里將民用建筑的多層框架作為描述的對象，談論該結構的諸多影響因素，同時在文章中說明柱子和梁的面積，鋼筋以及裂縫寬度的改造方式，將建筑結構的設計與建筑的穩定性相結合。

2 多層框架結構設計的基本內容

2.1 確立多層框架結構類型

在當前的多層框架結構設計中，對于多層框架結構的類型選擇不當是建筑物出現問題的主要因素之一，由于設計者沒有結合施工現場的實際情況選擇合適的框架結構，往往會引發多種災難性事故。比如，近期經常發生的房屋地基的不均勻沉降問題就是其中之一。在多層框架房屋結構的設計中，地基傾斜狀態下的敏感程度是影響多層框架結構的因素之一。對于上述問題，設計者需要借助計算機及相關軟件系統進行計算。①對板跨的厚度進行設計，單向板的取值范圍大約為短向板跨的0.028～0.03倍之間；雙向板的取值范圍大約為短向板跨的0.023～0.025倍之間。在這個基礎上，結合撓度、裂縫等相關系數合理搭配鋼筋，選擇板值；②利用計算軟件分析出梁截面參數以及柱截面參數，梁截面的寬度和高度區間應在跨度的[0.3，0.5]倍和[0.1，0.67]倍之間選取；③計算多層框架結構的荷載承載力值，這需要利用中國建筑科學研究院PKPMCAD工程部編制的“多層及高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件”SATW進行上部結構整體計算，主要計算和分析的參數包括：樓面荷載、柱節點荷載、梁上荷載以及風載在內的相關荷載參數；④確定合理的多層框架結構類型，所選擇的結構類型必須在合理的自振周期內，確保共振的穩定。

2.2 多層框架結構房屋荷載取值

荷載主要是指施加在工程結構上使工程結構或者構件產生效應的各種外力及其他因素。多層框架房屋結構大都是柱下獨立基礎設計方式，柱下獨立基礎根據其受力性能主要分軸心受壓基礎、偏心受壓基礎。設計內容包括基礎形式、埋置深度、底面尺寸、基礎高度、底板配筋計算等。在抗震要求方面，根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）中的相關規定：地基主要受力范圍內不存在軟弱粘性土層時（軟弱粘性土層地基承載力特征值分別小于80kPa、100kPa和120kPa），房屋層數在8層以內并且高度在24m以下的建筑可以不進行天然地基及基礎的抗震承載力驗算。但是這些房屋在進行基礎設計時，需要考慮風荷載對建筑本身造成的影響。在進行荷載取值設計過程中，必須輸入風荷載，確保除地震區高層建筑以外的一般工業和民用建筑荷載取值正確、合理。此外，在多層框架房屋獨立基礎設計過程中，如果基礎頂面外荷載設計值取值不合理，不僅會造成建筑材料的浪費，還將會直接影響多層建筑結構的安全性。

2.3 調整框架梁裂縫寬度、斜截面配筋

在對框架梁的裂縫寬度進行驗算時，對于裂縫寬度所受的影響的因素以及調整的方式常被工程設計人員所忽視，因此，給予這方面足夠的重視。通常，對裂縫的寬度產生影響的因素主要有兩方面：①構件的混凝土的強度的等級；②鋼筋的級別以及直徑。由于混凝土等級跟鋼筋的級別之間存在著一定的“依賴關系”，所以，對于普通的混凝土構件而言，高等級的混凝土對于減小梁的裂縫寬度并不會產生較大的影響。通常情況下，為了有效減小梁的裂縫寬度，可以適當的增加梁的配筋率或者增大梁的截面尺寸。此外，值得注意的是，在利用計算機輔助軟件進行結構建模中的荷載輸入時，一定要將恒、活載數值分開輸入，以便進行內力組合和裂縫寬度的計算，不要貪圖省事而將恒、活載合并輸入，以防止梁、柱內力計算錯誤，致使所繪制的施工圖不能使用。

3 以多層混凝土框架結構為例分析結構設計優化方法

3.1 多層混凝土框架結構設計中梁、柱截面的確定

在多層混凝土框架結構的設計過程中，應根據相關的經驗對梁、柱的截面尺寸進行初步擬定，在初步擬定時應盡可能使柱的線剛度與梁的線剛度之比大于1.0，使其滿足強柱弱梁、強節點的設計要求。在初步擬定梁、柱的截面尺寸并經PKPM軟件進行結構計算后，對計算結果進行處理：①梁的裂縫寬度大于0.3或梁超配筋或梁的撓度值大于了允許值；柱超配筋或柱的軸壓比超限等，若出現上述情況，應提高混凝土的標號或提高鋼筋的強度等級或放大梁柱的截面尺寸，再進行試算；②對于部分梁、柱的構造配筋，可根據柱的軸壓比和梁的裂縫寬度適當減小梁、柱截面尺寸后再進行試算；③當梁、柱截面尺寸在計算后均滿足設計要求時，應對梁、柱的配筋率進行仔細的審查，以保證設計的安全性和經濟性。

3.2 多層混凝土框架結構設計中梁、柱的配筋

在對多層混凝土框架結構梁進行配筋設計時，框架結構梁的縱向鋼筋的配筋率應控制在0.5～1.5%之間，在保持一定的配筋率時，可選用直徑較小的鋼筋，以增加混凝土的握裹面積，減小梁的裂縫寬度。在地震作用下，為了達到強剪弱彎的要求，應使梁端的斜截面受剪承載力大于正截面的受彎承載力。在實際設計中，可將梁端的負彎矩乘以0.85～1.0的系數，且將梁中的正彎矩乘以1.1～1.3的系數，同時還可以將梁端箍筋直徑增加2mm。在進行多層混凝土框架結構柱的配筋設計時，為滿足抗震的強柱弱梁要求，在設計時應適當的增大柱的構造配筋而適當減小梁的構造配筋，由此可見，框架結構的柱承擔了更大的荷載，以達到梁的設計強度小于柱的強度的效果。當地震發生時，使梁的破壞發生在柱破壞之前，以減少損失。所以在進行點算時，參數的調整十分重要，對框架結構的縱向構造鋼筋的配筋結果乘以1.2～1.6的系數，以滿足要求。

3.3 其他

3.3.1 梁、柱中心線重合的問題

在框架結構設計中，應嚴格按照相關的規范和標準要求，設計的梁、柱中心線必須保持完全重合的關系，若在設計時兩者中心線的位置關系發生了變動，在對框架結構進行計算時，就必須將梁、柱節點在偏心作用下的受力進行全面的分析。如果兩者的中心線產生的偏心距大于梁寬度的25%，必須對其進行科學合理的調整和處理，以保證設計達到相關的設計標準和要求。考慮到多層混凝土框架結構抗震作用，若梁、柱中心線之間的偏心距大于柱體寬度的25%，在梁、柱的節點位置便會出現斜向裂縫和豎向裂縫，降低了建筑工程的質量和性能，并對框架結構的外觀造成不利影響。針對以上的問題，設計人員應根據實際的工程情況進行相應的處理，確保整個建筑工程的質量和功能。

3.3.2 多層混凝土框架結構設計中的短柱問題

在多層混凝土框架結構中，其柱端存在一定的彎矩M和剪力V。在設計過程中，柱的長短是根據柱的剪跨來確定的，其中剪跨比的計算公式為：

λ=M/Vh0

式中：λ為剪跨比；M為彎矩；V為剪力；h0為柱與彎矩水平方向上柱截面的有效高度。

當λ≤1.5時，該柱為極短柱；當1.5＜λ≤2時，該柱宜按照短柱計算；當λ＞2時，該柱為長柱。相關試驗表明極短柱易發生剪切斜拉破壞，短柱常發生剪切破壞，短柱的破壞為脆性破壞，直接影響著框架結構的質量；而長柱一般發生彎曲破壞，對框架結構的功能及外觀造成一定的影響。需要特別注意的是在多層混凝土框架結構設計中常常由于樓梯間休息平臺高矮不同或樓層層高不同等原因，難免會把某一層的柱設計成短柱形式。所以在實際設計過程中，應對這些短柱的受力情況進行全面分析，保證其安全性。

3.3.3 雙向梁、柱抗側力體系的布置問題

多層混凝土框架結構在施工過程中需要承受水平方向和垂直方向的荷載，所以在進行框架結構的設計時為了進一步提高設計的質量，必須設置雙向的梁、柱支撐體系，且這個體系能夠具備較好的抗側力能力。除此之外，側向支撐體系的剛度需要通過一定的計算來確定，以保證建筑工程在各個不同的方面都能達到設計要求。

4 結束語

綜上所述，隨著建筑工業的不斷發展，多層框架房屋結構的適用范圍和建筑設計理念已經成為相關領域研究的熱門課題。雖然在建筑結構設計方面，多層框架房屋要比高層結構相對簡單，但是一些細節的設計仍需注意，例如荷載取值、基礎拉梁設計、框架結構梁、帶樓電梯小井設計等問題。因此只有不斷加強熟悉和研究多層框架房屋結構的特性，完善多層框架房屋的設計方案，減少和避免各類事故和隱患的存在，推動我國多層框架房屋結構設計技術的前進。

[1]郭旗.淺談鋼筋混凝土多層框架房屋結構設計[J].中國房地產業：理論版，2012（6）：276.

[2]武猛.試析民用建筑的多層框架結構設計[J].建材與裝飾，2013（3）：1～2.

[3]楊學輝，呂霖霖.民用建筑多層框架結構設計注意的問題[J].中國科技投資，2013（A35）：46.

TU375.4

A

1004-7344（2016）28-0331-02

2016-9-17

王明才（1963-），男，工程師，大專，主要從事土建設計工作。