建筑设计中多层框架的结构设计

李平

摘要：现代建筑对造型和功能有了更高的要求，这也使现代建筑形式更加复杂及多样化，在当前民用建筑中，多采用框架结构，但在多层框架结构设计过程中，由于受到的影响因素较多，因此民用建筑多层框架结构设计中还存在许多问题，对民用建筑的稳定性和实用性带来了较大的影响，因此需要采取有效的措施加以解决，确保民用建筑多层框架结构设计的合理性和科学性。

关键词：建筑设计；多层框架；结构设计

引言

多层框架的主体结构形式受力明确，墙体布置灵活多变，使得这种结构设计成为了较为常用的设计模式，由此引起了设计人员的高度关注和重视。

一、多层框架结构设计的基本内容

1.1框架结构类型须一致

确保框架结构类型的一致性是构建合理的民用建筑多层框架结构的关键所在。具体而言，在民用建筑中，进行多层框架结构工程的设计时，务必要把握好相关的原则，保证框架结构中结构类型的一致性，避免出現两种不同的结构，尤其是在楼梯跟电梯间，或者类似此类结构中局部有突出屋顶的特殊房建，切忌使用砖墙。究其原因主要在于框架结构属于比较柔性的结构，但砖混结构则比较的刚性，两种在地震时构件的变形会不协调一致，导致构件破坏严重。所以，在保证了民用建筑多层框架结构形状的情况下，务必确保结构的变形能够达到相互协调的状态。汶川地震中很多早期设计的砖混底框结构，在地震发生时整个首层框架结构被压塌，或者上部砖混结构整体被甩出，造成了很大经济损失及人员伤亡。根据抗震规范的要求不应采用混合结构，这种质量和刚度明显不均匀的结构，在地震作用效应下产生的偏心、扭转以及刚度比控制不好等问题，会导致建筑存在大量的安全隐患，因而，务必要确保结构类型的一致性。

1.2加强短柱的构造

加强短柱的构造能够为合理构建民用建筑多层框架结构提供一定的帮助，具体而言就是，通常情况下，在民用建筑设计中的楼梯间、基础与地梁之间和错层楼板处经常会出现这种短柱，因短柱的刚度十分的强大，在地震作用下会吸收更多的地震力，很容易产生交叉裂缝，或者引发脆性错断的问题，导致建筑物或者构筑物被破坏，严重时会倒塌，所以，加强短柱的抗震构造措施有着十分重要的意义。

1.3合理安排框架梁设计

民用建筑中，为了建筑的美观及使用的方便，框架梁的布置往往无法与框架柱形心对齐，因此柱为偏心受力构件。根据高规的要求梁柱形心发生偏移时不应超过柱高的1/4，否则进行补充计算并进行加腋等方法进行处理。个人认为多层框架结构布置梁柱偏心时也应参考此条。工业建筑中，因层高一般较高，存在设备平台，且设备的布置不均匀等现象常常会导致结构质量分布不均匀，因此框架梁应尽量居中布置，调整梁截面使结构形心和刚心尽量一致。且工业建筑的厂房一般为甲乙类的较多，设备的埋件和管道等条件往往在设计初期无法提供，后期因工艺流程的修改也会随时在梁板等位置增加较重的设备，因此工业建筑的梁布置和截面不应和民用建筑一样。工业建筑的梁间距尽量2.1～3.0m，梁宽不宜小于300mm，梁高跨比取1/10为宜。

二、多层框架结构设计的存在问题

2.1忽视了框架梁的裂缝宽度

设计多层框架民用建筑的结构时，钢筋的类型、直径以及混凝土的等级会对框架梁裂缝的宽度产生重要的影响，然而在实际设计过程中通常会将此类问题所忽视，未将框架梁的裂缝宽度充分考虑在内。这样一来，不但对对整个民用建筑的建筑安全性能产生影响，还会对降低结构抵抗自然灾害的能力，从而对整个结构的质量产生影响。例如地梁部分的设计，裂缝宽度按照0.2和0.3分别计算时会发现，按照0.2考虑时梁的配筋会比按0.3考虑时大很多。工业建筑更是如此，因工业建筑的很多结构存在可腐蚀性，更有很多结构存在气体腐蚀，即使根据防腐规范做了防腐处理，也可从规范中发现，最长久最复杂的防腐处理也顶多能在正常维护下保证15年。后期还是需要重新进行防腐处理的。因此，在结构设计中最为严重的一个问题就是忽视框架梁的裂缝宽度。

2.2没有合理调整多层框架的柱配筋

由于多层民用框架结构中框架的配筋率较低，并且在实际建设过程中未根据之前电算的结果，进行整个结构的配筋，这样一来，一旦有地震等自然灾害发生，框架柱会受到较大的影响，发生的扭转剪力较大，同时还会产生双向弯矩的作用，严重危害框架梁的内柱以及横梁，特别是当框架的质量不够均匀时，产生的危害程度更深。除此之外，由于在对民用多层框架结构进行配筋调配时不够合理，所以在电算民用多层框架结构时，经常会导致建筑的基础出现不均匀的沉降问题，或者忽视温度问题。因此，如果未对多层框架的柱配筋进行合理调配，则会影响整体的框架结构建筑的质量。

2.3没有给多层框架设计一个合理的计算简图

现阶段，在设计多层框架结构中未合理的设计计算简图是比较常见的一个问题，按照我国法律所规定的内容，框架结构的底柱高度应该跟基础顶面到首层盖楼的顶面的高度相同，进而在计算多层框架结构时，要根据整体的结构进行计算，在计算里面加入基础层面，并且将负荷载重包含其中。如果将底层框架柱的计算高度确定在地面附近时，应保证地面附近的地梁和基础之间短柱刚度与底层柱的刚度比要求，或者采用刚性地面。设计拉梁层时，要利用对比的形式得出底层配筋柱的包络结果。因而，如果设计多层框架结构时，缺乏相应合理的计算简图时，会影响多层框架结构的稳定性以及安全性。

三、针对出现的问题提出的相应解决措施

3.1选择合适的梁、柱截面尺寸

设计框架结构的前提在于能够选择好合适的梁、柱的截面尺寸，做到强柱弱梁，确保其取值能够跟相关的规范要求相符，并且为了在在罕遇地震作用后，梁端会形成塑性铰，柱端处于非弹性的工作状态且不会屈服，务必要确保柱的线刚度以及梁的线刚度之间的比值要大于1，并且此时节点依旧处于弹性工作状态。

3.2调整框架柱配筋

通常框架柱的配筋率都比较低，尽管有时电算得出的构造配筋结构，在实际施工过程中却不会按照此配筋进行施工，所以在受到地震作用后，框架柱，特别是角柱会受到较大的扭转剪力，并且受到双向的弯矩作用，并且横梁受到的约束力也较小，在实际工程中还经常处于双向偏心受压状态，因此其震害会重于内柱，对于质量分布不均的框架特别明显，所以，计算框架时，要选择最不利的方向进行计算。

3.3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。

四、结束语

总而言之，结构设计是个系统、全面的工作，需要扎实的理论知识功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。结构设计员，在进行多层框架房屋结构设计时，不仅要求设计人员掌握设计规范。

参考文献：

[1]岳晓愿，韩哲.民用建筑多层框架结构设计基本原则与要点探析[J].科技风，2018（11）：198.

[2]肖健.多层建筑结构设计中框架结构的问题和处理[J].门窗，2016（09）：131.