浅谈民用建筑多层框架结构设计

王明才

（重庆电力设计院重庆400000）

浅谈民用建筑多层框架结构设计

王明才

（重庆电力设计院重庆400000）

随着我国经济的不断发展，城市基础设施建设和房地产市场取得了突飞猛进的发展。城市住房建筑的多样化趋势，以及城市住房建筑施工技术的提升，使得多层框架房屋结构设计这种新型设计方式在商品房开发中被普遍的运用。本文着重分析了对多层框架房屋结构设计内容，并以多层混凝土框架结构设计为例分析优化方法。

民用建筑；多层框架；结构设计

1 引言

随着社会的不断发展与进步，我国的建筑行业也日益壮大起来，其对建筑造型和功能的要求也越来越高，框架结构是当下建筑较为流行的一种结构模式，被人们在民用建筑中广泛使用，这里将民用建筑的多层框架作为描述的对象，谈论该结构的诸多影响因素，同时在文章中说明柱子和梁的面积，钢筋以及裂缝宽度的改造方式，将建筑结构的设计与建筑的稳定性相结合。

2 多层框架结构设计的基本内容

2.1 确立多层框架结构类型

在当前的多层框架结构设计中，对于多层框架结构的类型选择不当是建筑物出现问题的主要因素之一，由于设计者没有结合施工现场的实际情况选择合适的框架结构，往往会引发多种灾难性事故。比如，近期经常发生的房屋地基的不均匀沉降问题就是其中之一。在多层框架房屋结构的设计中，地基倾斜状态下的敏感程度是影响多层框架结构的因素之一。对于上述问题，设计者需要借助计算机及相关软件系统进行计算。①对板跨的厚度进行设计，单向板的取值范围大约为短向板跨的0.028～0.03倍之间；双向板的取值范围大约为短向板跨的0.023～0.025倍之间。在这个基础上，结合挠度、裂缝等相关系数合理搭配钢筋，选择板值；②利用计算软件分析出梁截面参数以及柱截面参数，梁截面的宽度和高度区间应在跨度的[0.3，0.5]倍和[0.1，0.67]倍之间选取；③计算多层框架结构的荷载承载力值，这需要利用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的“多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件”SATW进行上部结构整体计算，主要计算和分析的参数包括：楼面荷载、柱节点荷载、梁上荷载以及风载在内的相关荷载参数；④确定合理的多层框架结构类型，所选择的结构类型必须在合理的自振周期内，确保共振的稳定。

2.2 多层框架结构房屋荷载取值

荷载主要是指施加在工程结构上使工程结构或者构件产生效应的各种外力及其他因素。多层框架房屋结构大都是柱下独立基础设计方式，柱下独立基础根据其受力性能主要分轴心受压基础、偏心受压基础。设计内容包括基础形式、埋置深度、底面尺寸、基础高度、底板配筋计算等。在抗震要求方面，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中的相关规定：地基主要受力范围内不存在软弱粘性土层时（软弱粘性土层地基承载力特征值分别小于80kPa、100kPa和120kPa），房屋层数在8层以内并且高度在24m以下的建筑可以不进行天然地基及基础的抗震承载力验算。但是这些房屋在进行基础设计时，需要考虑风荷载对建筑本身造成的影响。在进行荷载取值设计过程中，必须输入风荷载，确保除地震区高层建筑以外的一般工业和民用建筑荷载取值正确、合理。此外，在多层框架房屋独立基础设计过程中，如果基础顶面外荷载设计值取值不合理，不仅会造成建筑材料的浪费，还将会直接影响多层建筑结构的安全性。

2.3 调整框架梁裂缝宽度、斜截面配筋

在对框架梁的裂缝宽度进行验算时，对于裂缝宽度所受的影响的因素以及调整的方式常被工程设计人员所忽视，因此，给予这方面足够的重视。通常，对裂缝的宽度产生影响的因素主要有两方面：①构件的混凝土的强度的等级；②钢筋的级别以及直径。由于混凝土等级跟钢筋的级别之间存在着一定的“依赖关系”，所以，对于普通的混凝土构件而言，高等级的混凝土对于减小梁的裂缝宽度并不会产生较大的影响。通常情况下，为了有效减小梁的裂缝宽度，可以适当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，在利用计算机辅助软件进行结构建模中的荷载输入时，一定要将恒、活载数值分开输入，以便进行内力组合和裂缝宽度的计算，不要贪图省事而将恒、活载合并输入，以防止梁、柱内力计算错误，致使所绘制的施工图不能使用。

3 以多层混凝土框架结构为例分析结构设计优化方法

3.1 多层混凝土框架结构设计中梁、柱截面的确定

在多层混凝土框架结构的设计过程中，应根据相关的经验对梁、柱的截面尺寸进行初步拟定，在初步拟定时应尽可能使柱的线刚度与梁的线刚度之比大于1.0，使其满足强柱弱梁、强节点的设计要求。在初步拟定梁、柱的截面尺寸并经PKPM软件进行结构计算后，对计算结果进行处理：①梁的裂缝宽度大于0.3或梁超配筋或梁的挠度值大于了允许值；柱超配筋或柱的轴压比超限等，若出现上述情况，应提高混凝土的标号或提高钢筋的强度等级或放大梁柱的截面尺寸，再进行试算；②对于部分梁、柱的构造配筋，可根据柱的轴压比和梁的裂缝宽度适当减小梁、柱截面尺寸后再进行试算；③当梁、柱截面尺寸在计算后均满足设计要求时，应对梁、柱的配筋率进行仔细的审查，以保证设计的安全性和经济性。

3.2 多层混凝土框架结构设计中梁、柱的配筋

在对多层混凝土框架结构梁进行配筋设计时，框架结构梁的纵向钢筋的配筋率应控制在0.5～1.5%之间，在保持一定的配筋率时，可选用直径较小的钢筋，以增加混凝土的握裹面积，减小梁的裂缝宽度。在地震作用下，为了达到强剪弱弯的要求，应使梁端的斜截面受剪承载力大于正截面的受弯承载力。在实际设计中，可将梁端的负弯矩乘以0.85～1.0的系数，且将梁中的正弯矩乘以1.1～1.3的系数，同时还可以将梁端箍筋直径增加2mm。在进行多层混凝土框架结构柱的配筋设计时，为满足抗震的强柱弱梁要求，在设计时应适当的增大柱的构造配筋而适当减小梁的构造配筋，由此可见，框架结构的柱承担了更大的荷载，以达到梁的设计强度小于柱的强度的效果。当地震发生时，使梁的破坏发生在柱破坏之前，以减少损失。所以在进行点算时，参数的调整十分重要，对框架结构的纵向构造钢筋的配筋结果乘以1.2～1.6的系数，以满足要求。

3.3 其他

3.3.1 梁、柱中心线重合的问题

在框架结构设计中，应严格按照相关的规范和标准要求，设计的梁、柱中心线必须保持完全重合的关系，若在设计时两者中心线的位置关系发生了变动，在对框架结构进行计算时，就必须将梁、柱节点在偏心作用下的受力进行全面的分析。如果两者的中心线产生的偏心距大于梁宽度的25%，必须对其进行科学合理的调整和处理，以保证设计达到相关的设计标准和要求。考虑到多层混凝土框架结构抗震作用，若梁、柱中心线之间的偏心距大于柱体宽度的25%，在梁、柱的节点位置便会出现斜向裂缝和竖向裂缝，降低了建筑工程的质量和性能，并对框架结构的外观造成不利影响。针对以上的问题，设计人员应根据实际的工程情况进行相应的处理，确保整个建筑工程的质量和功能。

3.3.2 多层混凝土框架结构设计中的短柱问题

在多层混凝土框架结构中，其柱端存在一定的弯矩M和剪力V。在设计过程中，柱的长短是根据柱的剪跨来确定的，其中剪跨比的计算公式为：

λ=M/Vh0

式中：λ为剪跨比；M为弯矩；V为剪力；h0为柱与弯矩水平方向上柱截面的有效高度。

当λ≤1.5时，该柱为极短柱；当1.5＜λ≤2时，该柱宜按照短柱计算；当λ＞2时，该柱为长柱。相关试验表明极短柱易发生剪切斜拉破坏，短柱常发生剪切破坏，短柱的破坏为脆性破坏，直接影响着框架结构的质量；而长柱一般发生弯曲破坏，对框架结构的功能及外观造成一定的影响。需要特别注意的是在多层混凝土框架结构设计中常常由于楼梯间休息平台高矮不同或楼层层高不同等原因，难免会把某一层的柱设计成短柱形式。所以在实际设计过程中，应对这些短柱的受力情况进行全面分析，保证其安全性。

3.3.3 双向梁、柱抗侧力体系的布置问题

多层混凝土框架结构在施工过程中需要承受水平方向和垂直方向的荷载，所以在进行框架结构的设计时为了进一步提高设计的质量，必须设置双向的梁、柱支撑体系，且这个体系能够具备较好的抗侧力能力。除此之外，侧向支撑体系的刚度需要通过一定的计算来确定，以保证建筑工程在各个不同的方面都能达到设计要求。

4 结束语

综上所述，随着建筑工业的不断发展，多层框架房屋结构的适用范围和建筑设计理念已经成为相关领域研究的热门课题。虽然在建筑结构设计方面，多层框架房屋要比高层结构相对简单，但是一些细节的设计仍需注意，例如荷载取值、基础拉梁设计、框架结构梁、带楼电梯小井设计等问题。因此只有不断加强熟悉和研究多层框架房屋结构的特性，完善多层框架房屋的设计方案，减少和避免各类事故和隐患的存在，推动我国多层框架房屋结构设计技术的前进。

[1]郭旗.浅谈钢筋混凝土多层框架房屋结构设计[J].中国房地产业：理论版，2012（6）：276.

[2]武猛.试析民用建筑的多层框架结构设计[J].建材与装饰，2013（3）：1～2.

[3]杨学辉，吕霖霖.民用建筑多层框架结构设计注意的问题[J].中国科技投资，2013（A35）：46.

TU375.4

A

1004-7344（2016）28-0331-02

2016-9-17

王明才（1963-），男，工程师，大专，主要从事土建设计工作。