建筑設計中多層框架的結(jié)構(gòu)設計

李平

摘要：現(xiàn)代建筑對造型和功能有了更高的要求，這也使現(xiàn)代建筑形式更加復雜及多樣化，在當前民用建筑中，多采用框架結(jié)構(gòu)，但在多層框架結(jié)構(gòu)設計過程中，由于受到的影響因素較多，因此民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)設計中還存在許多問題，對民用建筑的穩(wěn)定性和實用性帶來了較大的影響，因此需要采取有效的措施加以解決，確保民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)設計的合理性和科學性。

關鍵詞：建筑設計；多層框架；結(jié)構(gòu)設計

引言

多層框架的主體結(jié)構(gòu)形式受力明確，墻體布置靈活多變，使得這種結(jié)構(gòu)設計成為了較為常用的設計模式，由此引起了設計人員的高度關注和重視。

一、多層框架結(jié)構(gòu)設計的基本內(nèi)容

1.1框架結(jié)構(gòu)類型須一致

確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)類型的一致性是構(gòu)建合理的民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)的關鍵所在。具體而言，在民用建筑中，進行多層框架結(jié)構(gòu)工程的設計時，務必要把握好相關的原則，保證框架結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)類型的一致性，避免出現(xiàn)兩種不同的結(jié)構(gòu)，尤其是在樓梯跟電梯間，或者類似此類結(jié)構(gòu)中局部有突出屋頂?shù)奶厥夥拷?，切忌使用磚墻。究其原因主要在于框架結(jié)構(gòu)屬于比較柔性的結(jié)構(gòu)，但磚混結(jié)構(gòu)則比較的剛性，兩種在地震時構(gòu)件的變形會不協(xié)調(diào)一致，導致構(gòu)件破壞嚴重。所以，在保證了民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)形狀的情況下，務必確保結(jié)構(gòu)的變形能夠達到相互協(xié)調(diào)的狀態(tài)。汶川地震中很多早期設計的磚混底框結(jié)構(gòu)，在地震發(fā)生時整個首層框架結(jié)構(gòu)被壓塌，或者上部磚混結(jié)構(gòu)整體被甩出，造成了很大經(jīng)濟損失及人員傷亡。根據(jù)抗震規(guī)范的要求不應采用混合結(jié)構(gòu)，這種質(zhì)量和剛度明顯不均勻的結(jié)構(gòu)，在地震作用效應下產(chǎn)生的偏心、扭轉(zhuǎn)以及剛度比控制不好等問題，會導致建筑存在大量的安全隱患，因而，務必要確保結(jié)構(gòu)類型的一致性。

1.2加強短柱的構(gòu)造

加強短柱的構(gòu)造能夠為合理構(gòu)建民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)提供一定的幫助，具體而言就是，通常情況下，在民用建筑設計中的樓梯間、基礎與地梁之間和錯層樓板處經(jīng)常會出現(xiàn)這種短柱，因短柱的剛度十分的強大，在地震作用下會吸收更多的地震力，很容易產(chǎn)生交叉裂縫，或者引發(fā)脆性錯斷的問題，導致建筑物或者構(gòu)筑物被破壞，嚴重時會倒塌，所以，加強短柱的抗震構(gòu)造措施有著十分重要的意義。

1.3合理安排框架梁設計

民用建筑中，為了建筑的美觀及使用的方便，框架梁的布置往往無法與框架柱形心對齊，因此柱為偏心受力構(gòu)件。根據(jù)高規(guī)的要求梁柱形心發(fā)生偏移時不應超過柱高的1/4，否則進行補充計算并進行加腋等方法進行處理。個人認為多層框架結(jié)構(gòu)布置梁柱偏心時也應參考此條。工業(yè)建筑中，因?qū)痈咭话爿^高，存在設備平臺，且設備的布置不均勻等現(xiàn)象常常會導致結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布不均勻，因此框架梁應盡量居中布置，調(diào)整梁截面使結(jié)構(gòu)形心和剛心盡量一致。且工業(yè)建筑的廠房一般為甲乙類的較多，設備的埋件和管道等條件往往在設計初期無法提供，后期因工藝流程的修改也會隨時在梁板等位置增加較重的設備，因此工業(yè)建筑的梁布置和截面不應和民用建筑一樣。工業(yè)建筑的梁間距盡量2.1～3.0m，梁寬不宜小于300mm，梁高跨比取1/10為宜。

二、多層框架結(jié)構(gòu)設計的存在問題

2.1忽視了框架梁的裂縫寬度

設計多層框架民用建筑的結(jié)構(gòu)時，鋼筋的類型、直徑以及混凝土的等級會對框架梁裂縫的寬度產(chǎn)生重要的影響，然而在實際設計過程中通常會將此類問題所忽視，未將框架梁的裂縫寬度充分考慮在內(nèi)。這樣一來，不但對對整個民用建筑的建筑安全性能產(chǎn)生影響，還會對降低結(jié)構(gòu)抵抗自然災害的能力，從而對整個結(jié)構(gòu)的質(zhì)量產(chǎn)生影響。例如地梁部分的設計，裂縫寬度按照0.2和0.3分別計算時會發(fā)現(xiàn)，按照0.2考慮時梁的配筋會比按0.3考慮時大很多。工業(yè)建筑更是如此，因工業(yè)建筑的很多結(jié)構(gòu)存在可腐蝕性，更有很多結(jié)構(gòu)存在氣體腐蝕，即使根據(jù)防腐規(guī)范做了防腐處理，也可從規(guī)范中發(fā)現(xiàn)，最長久最復雜的防腐處理也頂多能在正常維護下保證15年。后期還是需要重新進行防腐處理的。因此，在結(jié)構(gòu)設計中最為嚴重的一個問題就是忽視框架梁的裂縫寬度。

2.2沒有合理調(diào)整多層框架的柱配筋

由于多層民用框架結(jié)構(gòu)中框架的配筋率較低，并且在實際建設過程中未根據(jù)之前電算的結(jié)果，進行整個結(jié)構(gòu)的配筋，這樣一來，一旦有地震等自然災害發(fā)生，框架柱會受到較大的影響，發(fā)生的扭轉(zhuǎn)剪力較大，同時還會產(chǎn)生雙向彎矩的作用，嚴重危害框架梁的內(nèi)柱以及橫梁，特別是當框架的質(zhì)量不夠均勻時，產(chǎn)生的危害程度更深。除此之外，由于在對民用多層框架結(jié)構(gòu)進行配筋調(diào)配時不夠合理，所以在電算民用多層框架結(jié)構(gòu)時，經(jīng)常會導致建筑的基礎出現(xiàn)不均勻的沉降問題，或者忽視溫度問題。因此，如果未對多層框架的柱配筋進行合理調(diào)配，則會影響整體的框架結(jié)構(gòu)建筑的質(zhì)量。

2.3沒有給多層框架設計一個合理的計算簡圖

現(xiàn)階段，在設計多層框架結(jié)構(gòu)中未合理的設計計算簡圖是比較常見的一個問題，按照我國法律所規(guī)定的內(nèi)容，框架結(jié)構(gòu)的底柱高度應該跟基礎頂面到首層蓋樓的頂面的高度相同，進而在計算多層框架結(jié)構(gòu)時，要根據(jù)整體的結(jié)構(gòu)進行計算，在計算里面加入基礎層面，并且將負荷載重包含其中。如果將底層框架柱的計算高度確定在地面附近時，應保證地面附近的地梁和基礎之間短柱剛度與底層柱的剛度比要求，或者采用剛性地面。設計拉梁層時，要利用對比的形式得出底層配筋柱的包絡結(jié)果。因而，如果設計多層框架結(jié)構(gòu)時，缺乏相應合理的計算簡圖時，會影響多層框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及安全性。

三、針對出現(xiàn)的問題提出的相應解決措施

3.1選擇合適的梁、柱截面尺寸

設計框架結(jié)構(gòu)的前提在于能夠選擇好合適的梁、柱的截面尺寸，做到強柱弱梁，確保其取值能夠跟相關的規(guī)范要求相符，并且為了在在罕遇地震作用后，梁端會形成塑性鉸，柱端處于非彈性的工作狀態(tài)且不會屈服，務必要確保柱的線剛度以及梁的線剛度之間的比值要大于1，并且此時節(jié)點依舊處于彈性工作狀態(tài)。

3.2調(diào)整框架柱配筋

通?？蚣苤呐浣盥识急容^低，盡管有時電算得出的構(gòu)造配筋結(jié)構(gòu)，在實際施工過程中卻不會按照此配筋進行施工，所以在受到地震作用后，框架柱，特別是角柱會受到較大的扭轉(zhuǎn)剪力，并且受到雙向的彎矩作用，并且橫梁受到的約束力也較小，在實際工程中還經(jīng)常處于雙向偏心受壓狀態(tài)，因此其震害會重于內(nèi)柱，對于質(zhì)量分布不均的框架特別明顯，所以，計算框架時，要選擇最不利的方向進行計算。

3.3調(diào)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(diào)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(chǎn)生影響的因素主要有兩方面：①構(gòu)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(gòu)件而言，高等級的混凝土對于減小梁的裂縫寬度并不會產(chǎn)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?shù)脑黾恿旱呐浣盥驶蛘咴龃罅旱慕孛娉叽纭４送?，值得注意的是，在利用計算機輔助軟件進行結(jié)構(gòu)建模中的荷載輸入時，一定要將恒、活載數(shù)值分開輸入，以便進行內(nèi)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(nèi)力計算錯誤，致使所繪制的施工圖不能使用。

四、結(jié)束語

總而言之，結(jié)構(gòu)設計是個系統(tǒng)、全面的工作，需要扎實的理論知識功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴肅認真負責的工作態(tài)度。結(jié)構(gòu)設計員，在進行多層框架房屋結(jié)構(gòu)設計時，不僅要求設計人員掌握設計規(guī)范。

參考文獻：

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