多层框架房屋建筑结构设计要点

2023-01-03杨国君

河南建材 2022年1期

关键词：框架结构抗震结构设计

杨国君

山西筑城建筑设计有限公司（030006）

多层框架结构的出现和应用，很好地提升了房屋建筑的稳定性及安全性，保证了房屋建筑的建设价值。不过多层框架结构设计复杂性高，要想确保框架结构的特点，就需要做好细致的分析和思考，合理规划布局，以提高房屋建筑建设的质量，推动城市建设的发展。

1 多层框架房屋建筑结构的构成及特点

1.1 结构构成

框架结构是由梁、柱结构构成的，梁结构为水平布设，柱结构则以垂直布设方式为主。框架结构设置中，因考虑到屋面排水及与其他部分的有效连接，还会根据建筑特点进行斜梁的设置，以提高建筑的稳定性。框架结构的连接方式采用刚性连接，通过半铰节点的科学设置及多层框架的规划处理，保证结构质量和安全，降低材料的过多损耗。在框架结构设计中，还会添加横向梁结构，以提升结构间的连接效果[1]。

框架结构可分为等跨和不等跨两种形式，会根据层高、内部空间结构等的变化而出现不同形态，设计中要根据实际情况做好工艺技术的选择及内容设计，提高框架结构的稳定性。需注意的是，如果设计中采用的是高次超静定结构，则要做好竖向荷载及侧向作用力的处理，以减少压力增大对结构带来的影响。

1.2 多层框架结构特点

1.2.1 满足建筑的功能需求

多层框架房屋建筑结构设计中，要从建筑功能性角度进行分析和考量，提高其功能性和舒适性。多层建筑是目前城市中较常出现的建筑类型，也是人们生活和工作的重要场所，所以在设计中要考虑到人们的需求，从功能上进行优化处理，从而提高设计质量。如要根据用户生活所需进行空间区域划分，做好起居、饮食、盥洗等的合理划分，减少时间消耗，提升生活的舒适性。在多层框架结构规划中，考虑私密性特点，应营造独立、安全的居住场所[2]。

1.2.2 满足用户的心理和生理需求

多层框架房屋建筑结构设计中，应考虑舒适性、安全性、宽敞性、精致性的要求，提高居住环境质量，满足不同层次用户的需求。

2 多层框架房屋建筑结构设计要点

2.1 地基基础设计要点

首先，做好前期地质勘察，了解建筑所在区域地质地貌特征及存在的自然资源，获取精准的数据资料，为多层框架结构的设计提供可靠的依据和资料，保证设计的合理性。

其次，多层框架结构设计多是采用条形或独立型基础结构，需要结合现场情况确定结构形态，再根据变形参数、承载力要求等对尺寸进行计算和确定，并通过接触截面验算确定最终效果，保证结构质量。

再次，在变形及承载力需求确定后，要从成本角度进行综合考量，做好基础选型，为后续建设提供保障。

最后，还要综合地基上部结构、持力层、荷载分布要求的外在环境条件等因素进行分析研究，保证基础的稳固性和安全性。结合现有经验做好水文地质的分析工作，科学规划基础设计内容，提高总体设计质量。

2.2 抗震设计要点

多层框架房屋建筑结构设计中，抗震性能的提升是非常必要的，这也是保证建筑安全的关键。多层框架房屋结构抗震设计中，要从高度取值、抗弯矩取值、负筋取值这几方面进行综合考量[3]。

高度取值合理性关系着梁结构的刚度大小，影响抗震性能。如果在设计中无法准确确定取值内容，一般会选择最大值。在进行梁的负弯矩计算中，计算结果要大于实际值，这样才能提高梁的抗弯型，在压力荷载加大的情况下，保证结构的稳定性与可靠性。负筋取值计算过程中，一般以最小值为主，用以保证两端塑性铰设置的合理性。

在设计的过程中，设计人员必须确保梁端负筋配置量不能超过需求量，应当对跨中配筋合理放宽。为便于多层框架房屋建筑结构的施工，设计人员可以把配筋相差小于5%的梁设计成一类配筋。需注意的是，施工材料与梁铰负筋之间存在直接联系，材料的变化会使梁铰负筋出现改变，所以在设计中要做好调整和控制，避免变量出现的可能。

2.3 配筋设计要点

2.3.1 柱配筋

框架柱的配筋率相对较低，在地震作用力的影响下，很容易出现较大的扭转问题，且在双向弯矩影响下，横梁约束力降低，抵抗外界荷载能力下降，导致地震发生后存在较大损伤，影响结构的稳定性。因此，在框架结构设计中，要对框架柱的配筋率进行准确计算，并根据结构承载力情况，合理设计柱筋所在位置。框架柱配筋计算中，设计人员要先对柱结构强度进行科学规划，准确了解边柱、角柱、抗震墙等位置受拉情况，并进行科学计算和处理[4]。设计中，一般情况下，会将纵筋总截面面积比计算值大25%。为提高箍筋对混凝土的约束，设计人员还可以将框架柱箍筋设计成井字形或者菱形。当多层框架建筑结构的地基处于软弱土层时，设计人员还可以适当地增大框架柱的配筋。

2.3.2 外挑梁配筋

多层框架房屋建筑结构设计中，为降低建筑功能、占地面积等方面因素的影响，会在梁端设计中增加挑梁结构。将梁结构主筋延伸搭接到外挑梁上，但因为外挑梁承受的荷载压力、断面尺寸等均与梁结构间存在较大差异，所以延伸接入的方式很可能会对结构造成影响，致使出现质量问题。因此，在框架外挑梁配筋计算时，设计人员要认真分析框架外挑梁的受力情况，合理配置配筋，进而为多层框架房屋建筑结构的承载力提供保障。

2.3.3 边柱柱顶配筋

多层框架房屋建筑结构设计中，顶层结构承受的风力荷载较大，且荷载在传递过程中对边柱柱体结构影响较大。随着荷载增加及时间延长，柱顶偏心问题会越来越严重，这不利于顶层结构稳定性的提升。按照框架结构设计要求，在实际作业中，要确保横梁上部的钢筋全部进入柱中，并且延伸到横梁的下边。柱中的钢筋，有一部分需要延伸到柱顶，并一部分需要延伸到横梁中。设计人员在进行设计时，很容易将边柱柱角的钢筋延伸到梁内，这就会对多层框架建筑结构的水平荷载造成一定的影响。所以设计人员要做好进一步的观察和了解，及时进行优化调整，保证设计质量和效果。

3 多层框架房屋建筑结构设计的问题及处理措施

3.1 基础连系梁

对于基础埋设深度较大的房屋建筑，会通过增加基础连系梁的方式提高基础质量。基础连系梁的出现可缩短底层柱设计长度，下层柱结构也可通过短柱的有效利用提升结构质量，减少不稳定事故发生的可能。设计过程中，基础连系梁结构一般是沿着主轴的两个方向展开设计的，设计人员要根据现场情况对基础连系梁配筋数量及受力情况进行分析和计算，确定梁标高高度。此外，在后期的施工中，还要做好混凝土浇筑作业，加强基础连系梁与其他结构间的有效连接，提高密封性和整体性。在设计过程中，如果设计人员采用基础连系梁对柱底弯矩进行平衡，设计人员需要按照框架梁设计基础连系梁的截面尺寸和配筋，并保证基础连系梁的纵筋在框架柱中的锚固、加密都和上部框架梁一样。

3.2 薄弱层设计

结构薄弱层指的是在地震力的作用下发生塑性变形或位移的结构组织。多层框架结构设计中，结构薄弱层的出现是不可避免的，且因为结构薄弱层承载能力较差，在地震作用下最容易发生问题，很难满足结构抗震要求，进而影响结构整体的稳定性和安全性。所以在设计中，要尽可能对薄弱层进行处理，以多种措施手段，提高结构薄弱层的抵抗能力。例如，采用加大薄弱层梁截面和柱截面的方式，来增强结构的抗震侧移刚度。如果无法避免结构薄弱层的出现，设计人员就要尽量减少基础的埋深或降低结构薄弱层的层高，并制订合理的加强措施，加强结构薄弱层，为多层框架房屋建筑结构的稳定性提供保障。

3.3 结构梁设计

多层框架结构设计中，要对横向钢筋进行严格把关，保证其设计质量，才能保证梁截面高度的合理性、承载能力的可靠性，减少因集中负荷而导致不安全事故的发生。设计人员要做好横向钢筋中箍筋和吊筋的处理，做好主次梁搭接等工作，在结构设计总说明处画一个节点，在次梁两侧增加3 个主梁箍筋，从而进行补充。当框架梁和次梁相交后，可以按照简支梁的方式对梁端支座进行处理，对于梁端箍筋，必须对其进行加密处理。

3.4 结构柱设计

框架结构柱的设计要对地上和地下结构进行对比分析，如果上部结构为圆柱形，下部结构尽可能以矩形为主，以保证上部稳固性，降低施工工序繁杂带来的影响。框架柱配筋设计中，一般配筋量在8 根以上，并结合螺旋箍筋的应用来提升柱结构的承载能力和强度，保证上层建筑的质量。地下矩形结构设计中，可利用井字复合箍的方式进行箍筋设置，提高结构抗震性能。同时，按照多层建筑抗震规范要求进行加密处理，保证地下结构的整体性，减少地震力作用带来的威胁和影响。在框架柱结构设计中，截面边长也是需要重点把控的内容，按照现有规范要求，截面边长尺寸限定为：非抗震要求下，框架结构柱截面边长要控制在250 mm 以上；在四级抗震要求下，框架柱截面边长要在300 mm 以上；在四级以下抗震要求下，框架柱截面边长要控制在400 mm 以上。