多層框架建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探索

高寶宇

（雙鴨山市建筑設(shè)計(jì)院，黑龍江 雙鴨山 155100）

多層鋼結(jié)構(gòu)一般采用框架類結(jié)構(gòu)體系，因此也稱為多層鋼框架結(jié)構(gòu)。多層鋼結(jié)構(gòu)是工業(yè)與民用建筑中常用的結(jié)構(gòu)形式，在工業(yè)建筑中用作礦井地面建筑、石油焦化結(jié)構(gòu)和電子工業(yè)、機(jī)械工業(yè)的多層廠房等；在民用建筑中用于停車場(chǎng)、辦公樓等建筑。

1 多層鋼結(jié)構(gòu)類型

1.1 柱一支律體系

多層框架梁柱節(jié)點(diǎn)均為鉸接，而在縱向與橫向沿柱高設(shè)置豎向柱間支撐，其空間剛度及抗側(cè)力承載力均由支撐提供，適用于柱距不大而又允許雙向設(shè)置支撐的建筑物，其特點(diǎn)是設(shè)計(jì)、制作及安裝簡(jiǎn)單，承載功能明確，側(cè)向剛度較大，用于抗側(cè)力的鋼耗量較少。

1.2 純框架體系

多層框架在縱、橫兩個(gè)方向均為多層剛接框架，其承載能力及空間剛度均由剛接框架提供，適用于柱距較大而又無法設(shè)置支撐的建筑物，其特點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)構(gòu)造較復(fù)雜、結(jié)構(gòu)用鋼量較多，但使用空間較大。

1.3 框架一支撐體系

該體系為多層框架在一個(gè)方向(多為縱向)為柱一支撐體系，另一方向(多為橫向)為純框架體系的混合體系;其特點(diǎn)為一個(gè)方向無支撐便于生產(chǎn)或人流、物流等建筑功能的安排，又適當(dāng)考慮了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、施工及用鋼量等要求，為實(shí)際工程中較多采用的體系。

2 多層框架結(jié)構(gòu)的組成與布置

2.1 多層框架結(jié)構(gòu)的組成

框架結(jié)構(gòu)由柱和梁組成。一般柱子垂直布置，梁水平布置。屋面由于排水或其它方面的要求，也可布置成斜梁。梁柱連結(jié)處一般為剛性連接。有時(shí)為便于施工或由于其它構(gòu)造要求，也可將部分節(jié)點(diǎn)做成鉸節(jié)點(diǎn)或半鉸節(jié)點(diǎn)。當(dāng)梁、柱之間全部為鉸接時(shí)，也稱為多層排架。剛性連接的梁比普通梁式結(jié)構(gòu)要節(jié)約材料，構(gòu)的橫向剛度較好，橫梁的高度也較小，因而可增加房屋的凈空，是一種比較經(jīng)濟(jì)的的結(jié)構(gòu)形式。柱支座一般為固定支座，必要時(shí)也可設(shè)計(jì)成鉸支座。

框架可以是等跨或不等跨，層高可以相等或不完全相等。有時(shí)因工藝要求而在某層抽柱或缺梁形成復(fù)式框架?？蚣芙Y(jié)構(gòu)為高次超靜定結(jié)構(gòu)，既承受豎向荷載，又承受側(cè)向作用力 (風(fēng)荷載或地震作用等)。為利于結(jié)構(gòu)受力，框架梁宜拉通、對(duì)直，框架柱宜上、下對(duì)中，梁柱軸線宜在同一豎向平面內(nèi)。有時(shí)由于使用功能或建筑造型上的要求，框架結(jié)構(gòu)也可做成抽梁、抽柱、內(nèi)收、外挑等。

框架結(jié)構(gòu)有實(shí)腹式、格構(gòu)式以及橫梁為格構(gòu)式、柱為實(shí)腹式的混合式框架。實(shí)腹框架梁的橫截面一般為矩形或梯形截面?；炷量蚣苤慕孛嫘问匠榫匦位蛘叫?，有時(shí)由于建筑上的要求，也可設(shè)計(jì)成圓形、八角形、T 形等。鋼框架柱的截面形式常采用H 形或箱形。實(shí)腹式框架外形簡(jiǎn)捷美觀，制造和施工簡(jiǎn)單，安裝省工，但材料利用率低。當(dāng)結(jié)構(gòu)跨度較大時(shí)，可采用格構(gòu)式框架。格構(gòu)式框架剛度較大，用鋼省，其外形與凈空布置比實(shí)腹式框架靈活，但制造加工和安裝較為復(fù)雜?；旌鲜娇蚣艿哪康闹饕菧p輕橫梁自重，增加結(jié)構(gòu)剛度。當(dāng)樓蓋為現(xiàn)澆板時(shí)，可將樓板的一部分作為框架梁的翼緣予以考慮，即框架梁截面為T 或r 形;當(dāng)采用預(yù)制板樓蓋時(shí)，為減小樓蓋結(jié)構(gòu)高度，增加建筑凈空，混凝土框架梁截面常為十字形或花籃形;這時(shí)也可將預(yù)制梁做成T 形截面，在預(yù)制板安裝就位以后，再現(xiàn)澆部分混凝上，使后澆混凝土與預(yù)制梁共同工作即成為疊合梁，這樣一方面保證了梁的有效高度和承載力，另一方面可將梁板有效地連成整體，改善結(jié)構(gòu)的抗震(振)性能。預(yù)制梁可以是鋼筋混凝土梁，也可以是鋼梁。

在框架結(jié)構(gòu)中，常因功能需要而設(shè)置非承重隔墻。隔墻位置較為固定并常采用砌體填充墻。當(dāng)考慮建筑功能可能變化時(shí)，也可采用輕質(zhì)分隔墻，靈活分隔。砌體填充墻是在框架施工完后砌筑的，砌體填充墻的上部與框架梁底之間必須用砌塊“塞緊”。墻與框架柱有兩種連接方法，一種是柱與墻之間留縫，并用鋼筋柔性連接，計(jì)算時(shí)不考慮填充墻對(duì)框架抗側(cè)剛度的影響;另一種是剛性連接，在多遇水平地震作用下，框架側(cè)向變形時(shí)，填充墻起著斜壓桿的作用，從而提高了框架的抗側(cè)移能力，在罕遇水平地展作用下，填充墻也能對(duì)防止倒塌起積極的作用。

2.2 框架結(jié)構(gòu)分類

框架結(jié)構(gòu)按所用材料的不同，可分為鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)和鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)。鋼框架結(jié)構(gòu)一般是在工廠預(yù)制鋼梁、鋼柱，運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)再拼裝連接成整體框架，具有自重輕，抗震(振)性能好，施工速度快，機(jī)械化程度高等優(yōu)點(diǎn)，但用鋼量稍大，耐火性能差，后期維修費(fèi)用高，造價(jià)略高于混凝土框架。目前鋼框架在我國應(yīng)用還不多。隨著我國鋼材產(chǎn)量的迅速增加，品種增多，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的不斷提高，鋼框架的運(yùn)用將有良好的前景?；炷量蚣芙Y(jié)構(gòu)由于其取材方便，造價(jià)低廉，耐久性好，可模性好等優(yōu)點(diǎn)，在我國得到了廣泛的應(yīng)用。目前我國絕大部分框架結(jié)構(gòu)均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。為節(jié)省材料、減小梁高，可對(duì)框架梁施加預(yù)應(yīng)力，也可對(duì)整個(gè)框架結(jié)構(gòu)整體施加預(yù)應(yīng)力。此外，還可采用鋼骨混凝土梁、柱構(gòu)件組成組合框架結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)受力較大，尤其是抗震區(qū)的多高層框架結(jié)構(gòu)中，鋼管混凝土以其良好的受力性能日益受到工程師的矚目。

3 多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的問題

3.1 獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載取值

通常情況下,多層框架房屋采用的是柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的形式,而《抗震規(guī)范》中明確指出,在地基的主要持力層沒有軟弱粘性土層的情況下,當(dāng)建筑高度在25米以內(nèi)且層數(shù)在8層以內(nèi)的一般民用建筑,可以不對(duì)地基和基礎(chǔ)的抗震承載力進(jìn)行驗(yàn)算。但是在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該要將風(fēng)荷載考慮進(jìn)去。所以，不能因?yàn)橐话憬ㄖ诘卣饏^(qū)風(fēng)荷載不是控制荷載而忽略了。還有些設(shè)計(jì)師在進(jìn)行獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，柱腳內(nèi)力設(shè)計(jì)值取值不合理，只對(duì)軸力與彎曲采取了設(shè)計(jì)值，而未能考慮剪力，還有些甚至只取了軸力設(shè)計(jì)值。若獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)荷載取值不合理，將會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的不安全或者材料浪費(fèi)。

3.2 基礎(chǔ)拉梁層的計(jì)算模型問題

基礎(chǔ)拉梁層進(jìn)行框架整體計(jì)算一般都是采用TAT 或者SATWE 等程序，由于基礎(chǔ)拉梁層無樓板，因此計(jì)算時(shí)樓板厚度應(yīng)取零，并且定義彈性節(jié)點(diǎn)，分析計(jì)算式應(yīng)該采用總剛分析方法。另外尤其是要注房屋平面不規(guī)則這一點(diǎn)。

3.3 框架結(jié)構(gòu)帶樓電梯小井筒

井筒將會(huì)吸收地震剪力，以至于框架結(jié)構(gòu)承受的地震剪減小。因此框架結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡可能的不要設(shè)置鋼筋砼樓電梯小井筒。若實(shí)在不可避免時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)?shù)臏p薄井筒的壁厚，并且可以通過豎縫，結(jié)構(gòu)洞等方法將其剛度減弱。計(jì)算時(shí)，除按框架計(jì)算外，還應(yīng)該按照帶井筒的框架進(jìn)行復(fù)核，并且將與井墻連接的柱子的配筋進(jìn)行加強(qiáng)。另外，尤其要注意，出屋頂?shù)臉请娞蓍g與水箱間等結(jié)構(gòu)物的承重結(jié)構(gòu)必須采用框架梁結(jié)構(gòu)，而不能采用砌體墻;雨篷等構(gòu)件不能夠從承重墻挑出，而是應(yīng)該從承重梁上挑出;樓梯梁與夾層梁等不可以支承于填充墻上，而應(yīng)該由承重柱來支承。

結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，建筑行業(yè)的發(fā)展前景也十分廣闊，多層框架結(jié)構(gòu)許多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代建筑中。雖然，其結(jié)構(gòu)形式看上去比較簡(jiǎn)單，但是設(shè)計(jì)時(shí)若考慮不周全、不仔細(xì)就會(huì)出現(xiàn)這樣或者那樣的錯(cuò)誤，因此我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須思慮細(xì)密，多方面考慮，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

[1] 邱洪興.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].東南大學(xué)出版社，2002.

[2] 陳志華.建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].天津大學(xué)出版社，2004.

[3] 李鳳蘭.作用與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法[M].鄭州大學(xué)出版社，2010.