多层框架房屋建筑结构设计问题分析

王龙 邱海峰

摘 要：在当前建筑行业快速发展过程中，框架结构作为一种较为常见的结构形式在当前工业和民用建筑中应用较为广泛。框架结构在布置上具有较好的灵活性，抗震性能和整体性能较好，传力明确等诸多优点能够更好地满足人们个性化的使用要求。

关键词：多层框架；房屋建筑；计算方法；结构设计

前言

在当前建筑工程项目中，钢筋混凝土框架结构是应用最为广泛的结构形式，其结构承重主要是由楼板、梁、柱和基础等四个构件共同组成，通过对高度和层数进行合理设计，应用框架结构具有较宽阔的空间，而且在平面布置上具有较好的灵活性，能够更好地满足多种工艺及使用功能的要求，这也是当前框架结构在住宅及公用建筑中得以广泛应用的最重要因素。

1 多层框架房屋建筑结构设计研究现状和优缺点分析

1.1 多层框架房屋建筑结构设计研究现状

框架结构主要是由钢筋混凝土梁、柱、节点和基础作为主框，同时还包括楼板、填充墙和屋盖等共同构成的结构形式，通过将楼板、横梁及柱共同边结在一起，使其成为一个主体，这样基础能够有效地承担起较大的荷载，而且力的传递路径也较为明确，能够起到较好的承重作用。在建筑施工中，针对房屋结构形式运用的情况可分为框架结构或是纯框架结构。在框架结构设计中可以根据房屋布局和空间使用要求来将框架分为等跨和不等跨，而且层高可以相同也可以不相同，在具体应用中可以存在缺梁或是缺柱的框架。房屋建筑结构中的墙体具有较好的围护和分隔作用，在框架结构中，由于承重构件及围护构件之间分工较为明确，因此建筑物的内外墙可以灵活进行处理，能够为建筑提供非常灵活的使用空间。对于框架结构来讲，由于其构件截面不大，这也使框架结构自身的承载力和刚度都不大，因此当楼层越高时，框架需要承受来自于纵向和横向两个方向较大的水平力。这也决定了框架结构属于柔性结构的特征，在合理的设计下，框架结构具有非常好的延展性，具有较强的抗震性能。

1.2 多层框架房屋建筑结构设计优缺点分析

1.2.1 钢筋混凝土框架结构的主要优点

在房屋建筑结构中利用钢筋混凝土框架结构，不仅能够灵活对空间进行分隔，而且结构自身的重量不大，能够实现材料的节约。钢筋混凝土框架结构与建筑平面在配合上具有较好的灵活性，在对空间结构具有较大要求的建筑结构中具有较好的适用性。而且框架结构中所使用的梁和柱构件容易达到标准化和定型化，更便于采用装配整体式结构，有利于缩短工期。另外在钢筋混凝土框架结构应用过程中，具有整体性好、刚度大及抗震效果好的特点，同时梁和柱的截面形状可以根据自身的实际需要来进行浇筑。

1.2.2 钢筋混凝土框架结构的缺点

钢筋混凝土框架结构属于柔性结构，应用较为集中，侧向刚度较小，在强烈地震作用下非结构性破坏较为严重，因此在具体设计过程中适用于非抗震性设计。而且钢筋混凝土框架结构对于钢材和水泥的使用量较大，需要较大数量的构件，在施工过程中需要多次进行吊装，接头工作量较大，工序较多，而且受季节性影响较大，这也导致钢筋混凝土框架结构在高层建筑中不具有适用性。

2 多层框架房屋建筑计算方法

2.1 竖向荷载作用下内力计算

在对多层框架房屋建筑进行设计时，需要对竖向荷载作用下的结构内力进行计算，通常情况下会采用分层法和弯矩二次分配法来对竖向荷载作用下的内力进行计算。利用分层法对内力进行计算时，则需要将上、下柱远端的弹性支承进行改变，使其变为固定端，而且在具体分层计算时，底层柱除外，其他各层柱的线刚度需要与系数0.9进行相乘，同时柱的弯矩传递系数也需要改为1/3，而底层柱的线刚度不变，同时各层梁的线刚度也保持原来的数值，而且弯矩传递系数也保持不变仍为1/2。而在利用弯矩二次分配法对内力进行计算时，则需要先分配各节点的不平衡弯矩，分配完成后才能不对各杆件的远端进行传递。利用这两种方法来对内力进行计算时，有效地确保了计算精度的提高，在工程设计中应用具有较好的效果。

2.2 水平荷载作用下内力计算

可以采用D值法和反弯点法来对水平荷载作用下的框架结构内力进行计算。这两种方法有效的确保了计算的精度。D值法中的D值作为层间柱相对侧移时所需要施加的水平剪力，在框架结构的侧移计算中具有较好的应用，同时也可以将其应用在各柱间的剪力分配上，D值与实际情况具有非常好的接近度。在水平荷载作用下对内力进行计算时，柱上和下端的约束条件会对柱反弯点高度产生较大的影响，而且当柱两端的约束刚度不一样时，也会导致柱端转角处于不相等的情况，这时反弯点则会向转角相对较大的一侧进行移动，根据这种规律来确定D值法中柱的反弯点位置。

框架结构在水平荷载作用下，各层之间会有层间剪力和倾覆力矩的产生，而且在层间剪力作用下，梁和柱会出现不同程度的变形。而在倾覆力矩作用下，会导致框架柱轴向拉、压变形的产生。因此当框架结构房屋高度较大或是具有较大的高度比时，这时则需要对柱轴向变形给框架结构侧移带来的影响进行综合考虑，确保结构的牢固性。

2.3 软件辅助计算

在手算之前，需要利用电算来对初选方的各个方面进行计算，对重要环节进行有效掌握。当电算没有通过时，则需要对截面的尺寸进行变换，当其通过后则可以继续进行手算。另外还可以利用数值分析软件来作为计算的辅助工具，完成对设计方案相关数值的计算工作。

3 多层框架房屋建筑结构设计步骤

3.1 建筑设计部分

建筑设计主要以平面设计、剖面设计和立面设计为主，需要对平面柱面的尺寸进行合理确定，有效地满足室内采光和通风的要求，合理对层高进行确定，同时还要确保建筑的造型上具有较强的时代感，富有创意，确保完成的建筑施工图内容的全面性和完整性。

3.2 结构设计部分

一是结构选型：根据建筑设计方案及设计原始资料，选择适当的结构体系。

二是结构布置：确定柱在平面上的排列方式，一般柱网有内廊式和等跨式两种，选择承重方案，框架结构的平面布置形式非常的灵活，框架结构按照承重方式的不同分为三类：横向框架承重方案；纵向框架承重方案；纵横向框架混合承重方案。合理布置结构构件，初步确定材料强度等级及构件截面尺寸。

三是结构内力分析及构件设计：根据现行国家设计规范，计算结构荷载及地震作用；手算完成结构一个主轴方向的内力分析，进行框架梁、柱的内力组合，完成构件截面设计；同时，可采用工程设计软件PKPM计算结构内力及配筋，并与手算结果进行对比分析。完成楼梯的计算和配筋，完成板的配筋计算。

四是绘制结构施工图。

4 结束语

在多层框架房屋建筑结构设计过程中经常会遇到一些规程及规范中没有涉及到的问题，这就需要设计人员依靠自身的丰富经验和正确的设计理念来完成设计工作中遇到的难题，确保结构设计的科学性，为我国建筑行业的健康、持续发展奠定良好的基础。

参考文献

[1]熊丹安.建筑设计与结构设计概要[M].武汉：武汉理工大学出版社，2005（2）.

[2]徐秀丽.混凝土框架结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2008（9）.

[3]吕晓寅，刘林，等.混凝土房屋结构设计[M].北京：清华大学出版社，2009（5）.