民用建筑多层框架结构设计基本原则与要点探析

王晓颖

摘 要：多层框架结构建筑涉及到多种力学知识，并且其设计也相对复杂，设计多层框架结构对建筑设计人员提出了很高的设计要求，也需要设计人员具备丰富的设计经验。由此可知，设计人员在进行多层框架结构建筑进行设计时要全面分析各个影响因素，从而保质保量地完成设计工作。本文探讨了框架结构建筑的分类，重点叙述了民用建筑剁成框架结构设计基本原则以及要点分析，为同行提供参考资料。

关键词：民用建筑；多层框架；结构设计

中图分类号：TU323.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）15-0111-02

随着科技以及社会的不断进步与发展，我国建筑设计施工行业也日益发展起来，并且民众对建筑的功能以及构造的要求也日益增加。當下社会中，框架结构建筑是比较流行也比较受欢迎的结构模式之一。这种模式也在民用建筑设计中被广泛采用。受力清晰、空间使用率高、造价低等特点都是这种结构被人们采纳的特性，在建筑行业，可以通过采用框架结构来达到有效提高建筑综合性能的目的。

1 框架结构分类

框架结构的可以根据使用材料的不同进行分类。具体可分为钢结构、混凝土结构、钢骨混凝土结构。这些不同种类的框架结构广泛运用在多层框架民用建筑结构设计工作中。

1.1 钢筋混凝土框架结构

取材方便、造价低廉、耐久性能优越，这些都是钢筋混凝土结构的结构具有的优点。这种结构也被广泛运用在我国民用住宅的设计建设工程中，整体来说，我国大部分的框架结构建筑都采用钢筋混凝土框架结构。

1.2 钢框架结构

抗震性好、自重较轻、施工便捷、机械化程度高等都是钢框架结构所具备的优点。这些优点是钢筋混凝土结构不能超越的。但是用钢量较大、设计成本较高则是这种结构的缺点。并且相比混凝土框架结构来说，钢框架结构后期的维修费用也比较高。实际应用过程中，一些建筑工程对于强度等级并没有特别严格的需求与要求，普通的钢筋混凝土框架结构则能满足实际的要求，使用钢框架结构便会增加工程总体造价，增加建设成本，并且大材小用。钢框架结构相比而言更适用于工期要求紧、工作效率较高的抢险工程中。钢框架结构施工流程主要为在工程预先制作好相应型号的钢柱、钢梁，然后运输到施工现场，在现场对钢柱钢梁进行焊接组装。相比钢筋混凝土框架结构，钢框架结构的耐火性很差，能够使用这种结构的场合也很有局限性，这种结构不向钢筋混凝土结构一样能够拥有广泛的使用范围，这也是制约钢框架结构生产技术发展的因素之一。虽然我国目前对钢框架结构在民用多层建筑中的运用还不够成熟广泛，但随着我国钢产量的增加以及炼钢技术的不断提升，钢框架结构设计建造技术也将不断提升。因此，这种技术在我国以及世界上仍有很好的发展空间。

2 多层框架住宅结构设计要点分析

2.1 荷载

独立基础设计的荷载取值不当是在结构设计过程中容易出现的一个问题。一般情况下，选用钢筋混凝土结构进行设计的多层框架房屋的基础多为柱下独立基础。这种情况，就需要设计人员计算基础和地基涉及的承载力，并且要对其整体进行计算与严格的验证。风荷与其相关影响也是设计者需要进行分析计算的参数之一。无论房屋建设地点不处于地震区还是处于地震区，设计者都要根据实际的地质参数以及设计数据对结构进行承载力的计算分析。另外，在对独立基础进行设计计算时，除了要分析基础顶面剪力的设计值以外，还要对结构的轴力和弯矩的设计值进行计算分析，从而保证独立基础的结构设计结果稳定且合理。

2.2 截面尺寸

框架结构设计的关键与前提是梁柱截面尺寸的设计。这就就要求在设计过程中，设计值不仅要严格按照国家规范设定的范围进行设计，还要考虑到梁柱的线刚度比以及柱的线刚度等参数，让魔性计算假定与实际尺寸相符合。这样做可以避免当地震发生时，整个建筑结构产生不良损害。

2.3 框架柱配筋

当地震发生时，框架柱将会受到很大的扭转剪力，并且也会受到不同程度的双向弯矩作用。一般情况下，框架柱有比较低的配筋率，这就导致了框架柱的横梁约束较小，并在双向偏心受压的状态下受力。地震产生的作用力就会对内柱产生非常大的损害。因此，对框架结构建筑进行结构的配筋计算设计时，设计思路要往最不利的方向考虑。为了保证框架柱复核相关规范的强度要求，在配筋计算的过程中，设计者应该注意在地震的强作用下，建筑的角柱、边柱、抗震墙等会出现的偏心受拉的情况。所以，对于这些结构部分，要保证其纵筋的设计总截面面积相比设计计算值大20%；设计者可以通过将框架柱的箍筋设计成井字型或菱形等形式来达到提高箍筋对混凝土约束的目的。当地基所处地质情况属于软弱图层时，设计人员可以适当增大剁成框架建筑结构的框架柱的配筋。

2.4 基础拉梁

避免基础拉梁不合理设计参数是结构设计工作的内容之一。一般来说，基础拉梁适合设置在±0.000以下的位置。并且，设计者应该按照结构的要求设置基础拉梁，不应该减少底层柱和减少底层的位移的计算。如果基础的埋深相对交钱，是记者可以根据柱子荷载、抗震要求、地基的情况，设置沿着建筑主轴的方向的基础拉梁。其中，柱中心距的1/18是比较理想的高度，柱中心距的1/30为比较理想的宽度。同时，可以适当加大拉梁的截面以达到更好地进行配筋的目的。这样的拉梁应该设置在基础的顶部，设置在基础的顶面上相比较不够理想。设计者也可以按照中心受压情况对基础拉梁进行设计。

3 多层框架民用建筑结构基本原则

3.1 结构薄弱层设计

在强烈地震情况下，建筑结构中最易发生塑性位移的部位叫做结构薄弱层。设计人员对多层框架建筑结构进行设计计算时，应该首要保证结构薄弱层承载力的合理性，以达到国家标准要求的抗震性能指标。根据总多的科学实验验证以及设计经验可知，在建筑结构的综合性能方面，结构薄弱层有着至关重要的影响。由此可见，在设计工作中，设计人员要尽量避免在多层框架建筑中出现结构薄弱层。设计者可以通过加大薄弱层的柱截面和梁截面达到增强抗震侧移以及结构刚度的目的。如果现实条件制约的情况下无法避免结构薄弱层的出现，设计人员可以通过尽量降低结构薄弱层层高或减少基础埋深的办法加强薄弱层强度，也需要设计适当的加强措施，对结构薄弱层进行加强，从而保证对曾框架结构的稳定性。

3.2 框架结构梁的设计

在多层框架建筑结构进行设计时我们发现，横向钢筋承受了梁下部范围以及截面高度范围内的全部集中荷载。所以，在设计工作中，需要认真考虑附加箍筋以及吊筋的设计情况。设计人员要在结构设计的总说明画出主梁次梁的搭接处的相应节点，并在次梁的两侧适当补充增加主梁箍筋。当框架梁和次梁相交的时候，设计者可以对梁端采用按照简支梁的方式进行处理，并必须对梁端的箍筋进行一定的加密处理。

3.3 框架结构柱的设计

在设计人员对框架结构柱进行设计的时候，如果地上部分采用圆柱型的结构柱，则地下部分要尽量设计成矩形。这样设计可以再施工过程中有效地减少施工工序。设计人员要保证地上部分圆柱形框架柱的配筋数最少为8根，同时要通过采用螺旋式箍筋的方法保证对结构整体性和结构柱承载力起到有效的增加增强作用。设计人员可以通过采用井字复合箍的箍筋方式对地下矩形柱进行强度提升。设计者还应该对有抗震要求的情况按照相关的设计规范对矩形柱配筋进行加密处理，从而保证框架结构柱的抗震性能达到国家相关规定。对于非抗震要求，康佳结构柱一般情况下其截面边长应该大于等于250mm；对于需要达到四级抗震要求的建筑结构，其框架结构柱的界面边长需要大于等于300mm；对于要符合一到三级抗震要求的建筑结构，框架结构柱丶界面边长要大于等于400mm。

4 框架结构设计中应该注意的其他问题

4.1 现浇板的共同作用

在设计多层框架结构建筑过程中，梁板整体现浇是广泛采用的施工方法。这种方法使梁与板共同作用，一方面提高了框架梁的截面刚度，另外一方面也对梁端负弯矩承载能力进行了提升。为了增强结构可靠性，提升框架结构稳定性，设计过程中在框架结构建筑中采用现浇板施工技术是有效的措施。

4.2 梁端斜截面配筋调整

为了满足“强剪弱弯”的规范要求，即在地震的作用下，让框架梁的梁端斜截面所承受的剪承载力满足规范要求，设计者可以再具体的设计工作中通过以下的措施实现设计目标：控制梁端箍筋的直径保持在合理范围，并适当增加2mm的直径，这样可以在加大梁的跨中受力钢筋的同时不放大梁端负弯矩钢筋，尽量不在支座处设置弯起钢筋，最好让箍筋承受支座剪力。

4.3 关于底层层高的问题

进行底层计算时，层高应该算到基础顶面，即底层柱嵌固点处。在使用软件进行设计计算的过程中，如果计算层输入为底层层高，会导致底层计算刚度小于实际刚度，其地震效应会相比偏小，梁柱的配筋也会跟着变小，这样势必导致了结构的不稳定。

5 框架结构设计基本原则

5.1 刚柔并济

刚柔并济的设计理念应该融入到建筑结构设计思路中去，刚性太强的结构变形能力一般较差，当结构面对强大的瞬间破坏力时，由于较差的变形能力，容易导致局部损坏或全部受损；塑性较强的结构虽然可以很大程度上消减外力，但也容易由于较大的变形导致建筑整体倾覆。这些问题一直都是专家们研究争论的焦点，目前我们只能参照规范给出的指标进行设计。

5.2 多道防线

安全的结构体系需要设置层层的风险防范措施。当危险灾难来临的时候，所有结构通力合作来抵抗外力，这样才能保证结构的稳定以及安全。如果把抵御风险的希望都寄托在某一个部分上，是非常危险的。例如框架剪力墙比纯框架更安全、多肢墙壁单片墙更安全，这些就体现了多道防线的设计理念。

5.3 抓大放小

“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等名词在框架结构体系以及康结构设计中都是非常重要的定义。为什么每个构建都有很强的应力性反而不好，甚至会埋藏安全隐患？简要来说，建筑结构是由各个组成构建交织在一起的，各个构件所承担的任务也有很大的区别。当然也会有不同轻重的重要性。但是每个构建存在的目的都是在不可预料的外力来袭时抵抗外力來保护重要构建不收破坏所存在的，这时候通过牺牲某个构件这个措施来达到保护重要构件的目的就显得尤为重要。在框架结构中，柱的损坏一定会引起梁的损坏。但梁断或者受损并不一定会导致柱的损坏。由此可见，柱在钢结构系统中属于关键构件。所以为了保证柱能坚持到最后一秒，设计者应刻意将梁设计成薄弱的部分，让结构体系受到破坏力冲击时，梁首先遭到破坏吸收能量，保证柱不受到顺滑，以达到最大限度减少可能出现的损失。

5.4 打通关节

浑然一体不存在任何关节的结构体系是理想的机构体系。这样的结构体系中，外力可以得到有效的传递和消减。设计者在设计过程中要做的就是尽可能的减少或打通各个组件之间的关节，是力量在各个关节中畅通传导。

6 结语

随着经济的不断发展，我国建筑行业也有着突飞猛进的发展。设计理念、思路、方法也在不断地更新。多层建筑设计中采用框架结构，可以让设计师灵活地对建筑平面布置进行设计，也为大空间设计提供了技术支持。本文就是对设计过程中框架结构设计涉及的基本理念以及要点的一些阐述，希望这些理念能给各位同行在今后的设计工作提供新的思路，以提升我们的工作效率。