多層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中框架結(jié)構(gòu)分析

王振源

摘 要：龐大的人口基數(shù)，促使我國(guó)住宅建筑需求明顯高于其他國(guó)家，無(wú)形中為建筑行業(yè)快速發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，我國(guó)民眾經(jīng)濟(jì)實(shí)力普遍提升，故而越來(lái)越重視住宅建筑的安全性、舒適性及功能性，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也因此面對(duì)著一些新要求和新挑戰(zhàn)?；诖?，本文首先進(jìn)行多層住宅建筑結(jié)構(gòu)體系的簡(jiǎn)要梳理介紹，進(jìn)而根據(jù)實(shí)踐，詳細(xì)分析多層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以期與相關(guān)設(shè)計(jì)人員相互交流討論，借此提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。

關(guān)鍵詞：多層住宅建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；框架結(jié)構(gòu)

1 前言

現(xiàn)階段大量的農(nóng)村剩余勞動(dòng)力都涌入城市尋求發(fā)展機(jī)會(huì)，為了有效滿(mǎn)足不斷提升的居住需求，大批住宅建筑工程陸續(xù)涌現(xiàn)，同時(shí)建設(shè)用地快速縮減，促使高層、超高層住宅建筑工程越來(lái)越多。由于住宅建筑功能多樣且復(fù)雜，對(duì)建筑內(nèi)部空間分配布局的要求也相對(duì)較高，因此必須保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性?？蚣芙Y(jié)構(gòu)具備抗震性能優(yōu)越、結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)及空間布局靈活等優(yōu)勢(shì)，故而在住宅建筑中，很有必要加強(qiáng)多層住宅建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析研究。

2多層住宅建筑結(jié)構(gòu)體系的探討

多層住宅建筑的結(jié)構(gòu)類(lèi)型可以大致分成三類(lèi)，包括框架輕板結(jié)構(gòu)體系、混凝土空心砌塊多層建筑體系以及鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系。其中框架輕板結(jié)構(gòu)體系主要結(jié)構(gòu)為非承重墻以及混凝土框架，非承重墻則是由非粘土砌塊、混凝土砌塊、陶粒混凝土輕質(zhì)兩面光條板以及陶?？招钠鰤K等構(gòu)成?；炷量招钠鰤K多層建筑體系最容易出現(xiàn)的問(wèn)題就是水的滲透問(wèn)題，如果采用雙面抹灰降低雨水的滲透作用，就會(huì)大大提高抹灰量，導(dǎo)致工成本增加，而且非常容易出現(xiàn)開(kāi)裂以及鼓包問(wèn)題。鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系是通過(guò)現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻進(jìn)行內(nèi)外墻的施工，能夠預(yù)制墻板，確保墻體的保溫性能。

3多層住宅建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用

3.1工程概況

本次工程的建筑所處的地域溫度每年最高溫度不超過(guò)33℃，最低溫度不低于-27℃，在21m以上的土層為輕質(zhì)粘土，同時(shí)要求建筑的抗震等級(jí)能夠達(dá)到VII級(jí)。建筑的總層數(shù)為六層，劃分成三個(gè)單元，每個(gè)單元配備電梯以及安全通道，采用的建筑風(fēng)格具有現(xiàn)代性的特征。

3.2多層住宅建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.2.1建筑整體的規(guī)則性

在對(duì)建筑整體進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，框架結(jié)構(gòu)要具備科學(xué)性，滿(mǎn)足建筑對(duì)于抗震性能的要求，這就需要在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，使整體建筑結(jié)構(gòu)保持規(guī)則。如果建筑要求采取不規(guī)則的設(shè)計(jì)，那么就需要對(duì)建筑的每一個(gè)結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行強(qiáng)化，尤其需要處理不規(guī)則的區(qū)域，但是也不能將建筑設(shè)計(jì)得嚴(yán)重不規(guī)則。在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)的規(guī)則性是必須注意的，但是在實(shí)際情況中，可能會(huì)遇到眾多的不規(guī)則性問(wèn)題，包括樓層承載力水平驟變、結(jié)構(gòu)扭曲不規(guī)則、樓板局部連續(xù)性不足、凹凸不規(guī)則、結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件連續(xù)性不足以及側(cè)向剛度不規(guī)則等問(wèn)題。所以在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)期間，尤其需要重視布置的建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，從而降低后期不規(guī)則性問(wèn)題的出現(xiàn)，避免對(duì)建筑整體的抗震性能造成不良影響，也可能會(huì)導(dǎo)致工程投入的增加。當(dāng)設(shè)計(jì)人員在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要按照專(zhuān)業(yè)的角度全面分析建筑的框架結(jié)構(gòu)，并且還可以與結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的討論，如果建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)不規(guī)則的設(shè)計(jì)，一定要驗(yàn)證該部分設(shè)計(jì)能否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范中的要求。而且為了確保建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震性能，還要對(duì)該部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化，例如，可以使用阻尼器裝置來(lái)強(qiáng)化框架結(jié)構(gòu)。

3.2.2框架結(jié)構(gòu)的布局設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在進(jìn)行多層住宅的建筑設(shè)計(jì)時(shí)，各個(gè)結(jié)構(gòu)之間要合理地進(jìn)行布局，這主要指的是樓層高度、樓面、房間布局、屋面、通風(fēng)效果以及采光等。完成框架結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)之后，還需要提供全面的建筑信息，包括建筑的剖面圖、正立面、側(cè)立面、首層平面圖、標(biāo)準(zhǔn)層平面圖以及正面圖、建筑樣圖以及建筑設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。

3.3框架結(jié)構(gòu)建模參數(shù)科學(xué)性分析

建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要重視設(shè)計(jì)方案的合理性，可以在設(shè)計(jì)方案完成后，通過(guò)建模來(lái)展現(xiàn)出建筑結(jié)構(gòu)的最終效果，這種方式能以更直觀的方式顯現(xiàn)出框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的問(wèn)題，方便設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)方案的調(diào)整和優(yōu)化。隨著我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展，針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的建模軟件也在不斷地完善，軟件的功能也不斷強(qiáng)大，對(duì)于框架結(jié)構(gòu)建模中參數(shù)的分析與計(jì)算也更加的高效。尤其是使用軟件來(lái)對(duì)建筑中的復(fù)雜框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，可以應(yīng)用有限元法進(jìn)行分析和計(jì)算，從而使參數(shù)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性提高。但是在使用該方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要按照不同項(xiàng)目來(lái)進(jìn)行調(diào)整，應(yīng)用精確的有限元計(jì)算邊界條件和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算時(shí)，我國(guó)已經(jīng)明確規(guī)定了應(yīng)用計(jì)算機(jī)結(jié)果的要求，當(dāng)進(jìn)行參數(shù)的計(jì)算獲取結(jié)果后，不能直接應(yīng)用參數(shù)，而是需要人工進(jìn)行結(jié)果的驗(yàn)證，在驗(yàn)證數(shù)據(jù)參數(shù)的合理性后，才能夠進(jìn)入到下一環(huán)節(jié)中使用。這一部分就需要設(shè)計(jì)人員有足夠的分析處理能力以及設(shè)計(jì)規(guī)范掌握能力，這樣才能確保所采取的結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理性。

3.4框架結(jié)構(gòu)的配筋設(shè)計(jì)要點(diǎn)

從目前多層建筑結(jié)構(gòu)框架柱的情況來(lái)看，大多數(shù)的框架柱應(yīng)用的是低配筋率的設(shè)計(jì)。在進(jìn)行建筑框架的設(shè)計(jì)時(shí)如果采用0.8%的構(gòu)造配筋率進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，最終的配筋率可能會(huì)與額定標(biāo)準(zhǔn)具有較大的偏差，導(dǎo)致建筑的承重?zé)o法滿(mǎn)足我國(guó)的住宅建筑標(biāo)準(zhǔn)，所以沒(méi)有進(jìn)行應(yīng)用。當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)中的邊柱為雙向偏心受壓，如果在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，利用軟件系統(tǒng)來(lái)計(jì)算鋼筋數(shù)量，那么很有可能由于考慮不全面，導(dǎo)致達(dá)不到建設(shè)要求的配筋率。

因此，為了使框架結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)工作能夠滿(mǎn)足施工要求，首先，需要全面的考慮建筑結(jié)構(gòu)投入使用中的不良因素的影響，例如，需要明確處于地震時(shí)建筑框架的細(xì)節(jié)參數(shù)，或者采用雙向計(jì)算結(jié)果中最大值，這樣配筋設(shè)計(jì)才能夠達(dá)到要求。

其次，要調(diào)整單邊鋼筋數(shù)量以及框架柱的寬度，如果框架柱的寬度達(dá)不到45cm，需要至少設(shè)置3根的鋼筋材料；框架柱的寬度處于45～75cm時(shí)，至少設(shè)置4根的單邊鋼筋；框架柱的寬度處于75～90cm時(shí)，就需要設(shè)置至少5根的單邊鋼筋。此外，框架柱的配筋率需要提高，放大倍數(shù)可以控制在1.2～1.6倍之間，如果作為角柱，需要至少放大1.4倍以上，而作為邊柱，放大倍數(shù)可選擇1.2倍。

最后，還需要根據(jù)建筑地基的沉降情況進(jìn)行分析，如果施工區(qū)域?yàn)檐浲恋鼗敲醋罱K的配筋率應(yīng)該根據(jù)情況提高倍數(shù)，在進(jìn)行框架柱的箍筋時(shí)，優(yōu)先采取井字形或者菱形，這能提高鋼筋綁扎的效果。

3.4.1梁裂縫寬度設(shè)計(jì)

梁裂縫寬度關(guān)系著整體框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，所以在對(duì)梁裂縫寬度進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要選擇合適的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行多層建筑框架結(jié)構(gòu)方案的制定過(guò)程中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)受力筋材料截面以及配筋率來(lái)實(shí)現(xiàn)梁裂縫寬度的控制。在框架結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到配筋率以及受力筋材料潔面的前提下，還需要調(diào)整梁端斜截面強(qiáng)剪弱彎要求的配筋率。我國(guó)已經(jīng)制定了明確的技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，需要明確柱截面尺寸，使其處于要求的范圍內(nèi)。此外，還可以通過(guò)工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)初步預(yù)估構(gòu)件的尺寸，使柱線(xiàn)剛度與梁線(xiàn)剛度的比值大于1，這樣也有利于提高梁端的可塑性，使連接位置保持彈性，而柱維持非彈性狀態(tài)，這樣在發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)，能夠起到更強(qiáng)的抗震效果。所以，在開(kāi)展設(shè)計(jì)工作時(shí)，需要在滿(mǎn)足上述標(biāo)準(zhǔn)的前提下來(lái)設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)，并將最終的參數(shù)信息上傳至處理系統(tǒng)中，如果在建筑中柱與梁的設(shè)計(jì)采取構(gòu)造配筋的形式，那么就可以基于上傳的信息計(jì)算梁裂縫寬度與柱軸壓的比值，從而截面尺寸計(jì)算更加準(zhǔn)確。如果通過(guò)計(jì)算梁超筋或裂縫寬度指標(biāo)已經(jīng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，而且存在柱的軸壓比值數(shù)據(jù)不處于正常的范圍，或是配筋率不在正常范圍之間，這些都需要增加截面的尺寸，然后再進(jìn)行計(jì)算。也可以將上述的具體信息上傳至軟件系統(tǒng)中，這樣通過(guò)系統(tǒng)就能夠完成配筋率數(shù)據(jù)的計(jì)算處理。

3.4.2梁端斜截面配筋設(shè)計(jì)

在開(kāi)展多層建筑框架結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定要重視地質(zhì)災(zāi)害可能造成的影響，使正截面的負(fù)彎承載力水平小于梁端斜截面受剪承載力水平。在實(shí)際開(kāi)展設(shè)計(jì)時(shí)，還要使負(fù)彎矩鋼筋能夠調(diào)節(jié)，提前預(yù)留出能夠調(diào)節(jié)的空間，從而使梁跨中的受拉鋼筋能夠有足夠的放大倍數(shù)。在整個(gè)彎起鋼筋的設(shè)計(jì)過(guò)程中，所有的設(shè)計(jì)都需要滿(mǎn)足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.5基礎(chǔ)持力層級(jí)換填處理設(shè)計(jì)要點(diǎn)

我國(guó)多層建筑住宅框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)大多采用兩種形式，包括獨(dú)立基礎(chǔ)以及條形基礎(chǔ)。需要充分地分析該區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)勘察報(bào)告，全面收集信息，選取基礎(chǔ)持力層，從而確保持力層選取的科學(xué)性，而且能夠利用持力層對(duì)形變情況的抵御能力，以及荷載能力?；A(chǔ)底標(biāo)高需要處于凍土深度線(xiàn)以下，這樣在后期能夠降低建筑基礎(chǔ)實(shí)力層發(fā)生沉降的概率，也能夠避免受到土層凍、融過(guò)程的影響，從而降低建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生裂縫現(xiàn)象的概率。如果建筑施工區(qū)域內(nèi)具有復(fù)雜的地基情況，所采取的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)標(biāo)高在池粒土層以上，那么在進(jìn)行施工時(shí)就需要將持力土層進(jìn)行換填，采用具有足夠強(qiáng)度的砂石進(jìn)行換填處理，并且需要驗(yàn)算出現(xiàn)不均勻沉降問(wèn)題的概率。

3.6多層住宅建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需注意的幾點(diǎn)問(wèn)題

當(dāng)前，在我國(guó)城市化進(jìn)程中，多層住宅建筑已經(jīng)成為了主流建筑類(lèi)型之一。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，多層住宅建筑在我國(guó)建筑領(lǐng)域中的占比已經(jīng)超過(guò)了50%，并且隨著城市化程度不斷提高，多層住宅建筑的比重還將繼續(xù)增加。

在多層住宅建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，框架結(jié)構(gòu)具有非常重要的地位。框架結(jié)構(gòu)作為一種主流結(jié)構(gòu)型式，其具有剛性強(qiáng)、施工方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛運(yùn)用于各類(lèi)建筑中，尤其是多層住宅建筑。同時(shí)，在我國(guó)建筑市場(chǎng)中，由于土地資源的稀缺和戶(hù)型利用率的要求，多層住宅建筑的設(shè)計(jì)往往需要滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、使用面積最大化等需求，這就更加需要采用框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。因此，框架結(jié)構(gòu)可以說(shuō)是多層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不可或缺的一部分，具有非常重要的意義。

為全面保證多層住宅建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與可行性，應(yīng)當(dāng)依照以下幾點(diǎn)原則和注意事項(xiàng)開(kāi)展設(shè)計(jì)工作：遵循設(shè)計(jì)的完整性與統(tǒng)一性原則，保證多層住宅建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和可行性，最重要的原則是遵循設(shè)計(jì)的完整性和統(tǒng)一性原則。這意味著，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該考慮到結(jié)構(gòu)的整體性，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為一個(gè)整體來(lái)考慮，而不是僅僅關(guān)注單個(gè)部分的設(shè)計(jì)。此外，還需保證各個(gè)設(shè)計(jì)方案之間的協(xié)調(diào)性和統(tǒng)一性，確保整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性。

短柱構(gòu)造是在多層住宅建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用的技術(shù)之一，其主要作用是增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性，在抗震、抗風(fēng)等方面具有良好的效果。在多層建筑中，由于中間層比較容易出現(xiàn)支撐不充分的情況，因此采用短柱構(gòu)造可以有效地解決這個(gè)問(wèn)題。此外，短柱構(gòu)造還可以提高建筑結(jié)構(gòu)的整體剛度，減小建筑變形，并能夠利用空間降低造價(jià)。

薄弱層是指建筑結(jié)構(gòu)中容易出現(xiàn)損壞或破壞的部分，如板、墻等。在多層住宅建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，優(yōu)化薄弱層設(shè)計(jì)意味著要在這些容易損壞的部分進(jìn)行特別的加固處理，以確保建筑結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性。這種優(yōu)化設(shè)計(jì)可以有效地提高建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性能和承載能力，同時(shí)降低結(jié)構(gòu)變形和崩塌的風(fēng)險(xiǎn)。因此，優(yōu)化薄弱層設(shè)計(jì)對(duì)于保證多層住宅建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和可行性具有非常重要的意義。

4 結(jié)論

以上文章通過(guò)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在多層住宅建筑工程中的具體應(yīng)用，詳細(xì)分析了框架結(jié)構(gòu)布局、框架結(jié)構(gòu)配筋以及基礎(chǔ)持力層及換填處理等各個(gè)重點(diǎn)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。因?yàn)樽≌ㄖ敲癖姲采砹⒚闹匾獔?chǎng)所，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性與民眾生活品質(zhì)和人身與財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)，因此很有必要不斷提升住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，以便為建造高品質(zhì)住宅建筑工程奠定基礎(chǔ)。

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