多层钢筋混凝土框架建筑结构的优化设计研究

高艳梅+马倩

【摘要】目前，在国内外很多建筑物中广泛采用多层钢筋混凝土框架结构，该结构主要有两种性质不同的材料钢筋和混凝土所组成。多层钢筋混凝土框架结构具有诸多优点，但在设计和施工过程中也存在很多問题需要注意和解决，为此展开一些基础性的讨论和研究。

【关键词】多层钢筋混凝土框架；结构设计；抗震性能

【Abstract】At present， the multi-story reinforced concrete frame structure is widely used in many buildings both at home and abroad. The structure mainly consists of two kinds of material reinforced concrete and concrete with different properties. Multi-story reinforced concrete frame structure has many advantages， but there are many problems in the design and construction process need to pay attention to and solve， for which to start some basic discussion and research.

【Key words】Multi - story reinforced concrete frame structure design seismic behavior

随着建筑造型和建筑功能日趋多样化和我国的钢材量需求也在大幅提升，导致多层钢筋混凝土框架结构在建筑行业广泛使用，无论是在工业建筑或是民用建筑中，多层钢筋混凝土框架结构都是非常好的建筑设计结构。多层钢筋混凝土框架结构具有比较强的抗震性，因此，在房屋选择抗震结构设计，也多采用多层钢筋混凝土框架结构。

1. 多层钢筋混凝土框架结构设计要点

1.1结构设计的前提。

多层钢筋混凝土框架结构是由梁柱构件组成的空间结构，既承受竖向荷载，又承受风荷载和地震作用，因此，必须设计成双向刚架的抗水平风荷载和水平地震作用的结构体系，并且应具有足够的侧向刚度，以满足规范，规程所规定的楼层层间最大位移与层高之比。

1.2框架结构设计达到延性要求的措施。

为保证结构具有足够的延性，结构设计时需要采用一系列的构造措施实现，比如在《建筑抗震设计规范》中所规定的梁和柱的剪压比，柱的轴压比，梁端截面受压区高度限值，梁和柱端箍筋加密区及最大最小配筋率等等。一般为了满足梁和柱的剪压比，柱的轴压比的要求，可以增加梁柱的截面面积及混凝土的强度等级，当满足了这些规定之后，便可以提高框架结构设计的延性。

1.3结构基础选用。

多层钢筋混凝土框架结构的基础形式一般包括钢筋混凝土独立柱基础，柱下条形基础及筏板基础。当地基承载力较高时，可选用钢筋混凝土独立柱基础或选用柱下条形基础。钢筋混凝土独立柱基础施工较为方便，基础开挖时可以每个柱子的基础单独开挖，可以节省大量的工程量，施工周期较短，经济性比较好。柱下条形基础具有较好的空间刚度，即可将柱的荷载分不到纵横两个方向，又能调整基础的不均匀沉降。筏板基础具有整体刚度大，能有效的调整基底反力和不均匀沉降。筏板基础又分为平板式和梁板式两种类型，当上部结构形式为框架结构时，我们在选择筏板基础形式时应该尽可能的选用梁板式，因为上部框架柱传递给基础的是集中力，而基础梁的抗剪性能较好，所以选择梁板式筏板。以上均为每个基础形式的特点，在做设计时可以根据不同的地基情况选择最经济合理的一种基础形式。

1.4结构的构造。

（1）首先，在设计框架柱，框架梁及楼板之前，除了要满足承载力及抗震要求外，还应满足最小截面的要求，比如柱截面四级不超过2层是不宜小于300mm，一，二，三级且超过2层时不宜小于400mm；圆柱的直径，四级或不超过2层时不宜小于350mm，一，二，三级且超过2层时不宜小于450mm。梁的截面宽度不宜小于200mm，截面高宽比不宜大于4，净跨与截面高度之比不宜小于4等等。

（2）其次，框架结构的长度如果超过了规范的限制，而建筑设计时不方便留缝，因此为了降低有害裂缝的出现，应该在混凝土中添加外加剂进行补偿浇筑。同时，在屋面增加保温的厚度，楼板配成双层双向的钢筋，每层都要设置钢筋混凝土后浇带，并加强构造措施。

（3）再次，在跨度比较大的柱网框架结构中，为了防止楼梯间处的柱变成短柱，楼梯间处的框架柱就要对柱箍筋全长加密。而这一点在设计中往往容易被忽略，应该加强注意。

2. 多层钢筋混凝土框架结构的抗震设计

据国内外在历次的地震震害情况可知，多层钢筋混凝土框架结构在抗震设计中使用情况是最好的，在地震中这类结构遭受到的破坏也是最轻的。这是因为多层钢筋混凝土框架结构具有非常好的延伸性和整体性。比如在2008年5月12日发生在四川汶川、北川8.0级地震中，当结构形式为多层钢筋混凝土框架结构时，房屋所遭受的破坏都比较轻，而且主体结构也基本完好。只有当房屋的结构形式为砖混或是内框架混合结构形式时破坏较为严重，造成倒塌 。在日本、美国、委内瑞拉等国在多次大地震中，也都证明了因多层钢筋混凝土框架结构设计的房屋损坏率都比较小。该结构在考虑到抗震性能设计中主要有以下几点：

（1）目前在多层钢筋混凝土框架结构中，常采用两种结构，即纯框架结构和有少量抗震墙的框架结构。在抗震方案的结构选择之前，要充分考虑到技术和经济的合理性，从而优先采用少量抗震墙的框架结构。而纯框架结构主要使用在那些层数比较低、刚度均匀和体型比较简单的房屋施工方案中。

（2）纯框架的设计甲类建筑的房屋不应采用单跨框架，丙类建筑不宜采用单跨框架，一般情况下框架梁及柱均应双向设置，而在设计少量抗震墙的框架结构时要注意框架部分和剪力墙部分均要双向设置，在布置剪力墙时应尽量布置在建筑物的平面中心位置，防止刚度不均匀，这种结构形式不但提高了房屋的抗震性能，从而也实现了在抗震设计时要多道防线的概念。

（3）从抗震设计的概念上来讲，地震力的大小是和建筑物的重量大小有很大关系的，为了减小地震力的作用，在框架设计中建筑物的房间隔墙应该采用比较轻的陶粒混凝土砌块或者是加气混凝土砌块等材料。

（4）房屋的设计应在立体和平面上尽量简单，避免大悬挑和平面凹凸出现，平面宜均匀对称。如果房屋的立面和平面形状过于复杂或者结构的刚度在平面中不均匀，可以用设置防震缝的方法将其分开。

（5）在相同结构的单元内，每层的框架梁就应该做在相同点标高上，避免错层、夹层等情况的出现。如果这种情况无法避免，就要对框架柱和梁构造上加强。

（6）在做抗震墙和框架柱的抗震设计时，应保证满足承载力要求的情况下，尽量使下部截面大，上部截面小，逐层递减，每层截面尺寸减小的范围应在50mm～100mm之间，避免刚度突变。

3. 结束语

随着社会经济和科学技术的不断发展，我国的多层钢筋混凝土框架结构也在不断改进和完善，运用于更多的建筑工程中。但该结构还存在很多问题和不足，需要对结构体系进行大量的研究和改造，这就要求广大的建筑工作者要在具体工程实践过程中，不断的总结和改进。

参考文献

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