基于多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究

潮州市饒平縣建筑設(shè)計室 515700

摘要：文章結(jié)合筆者多年從事設(shè)計工作經(jīng)驗，簡要分析了多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的特征，并總結(jié)了多層框架房屋建筑計算方法，并結(jié)合工程實例，主要就多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計方法進行了分析與研究，旨在為結(jié)構(gòu)設(shè)計人員提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：多層建筑；框架；結(jié)構(gòu)設(shè)計；計算方法；實例分析

1 引言

近年來，隨著我國建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，人們對多層框架房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求也不斷提高。然而，由于框架結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土建筑中最常用的結(jié)構(gòu)形式，具有傳力明確、結(jié)構(gòu)布置靈活、抗震性和整體性好的優(yōu)點，從而在多層的工業(yè)與民用建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，做好多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計工作具有重要的研究意義。本文結(jié)合筆者的工作總結(jié)，主要論述了多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

2 多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計概述

對于框架結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)建筑特點方面：它是由鋼筋混凝土梁、柱、節(jié)點及基礎(chǔ)為主框，加上樓板、填充墻、屋蓋所組成的結(jié)構(gòu)形式，樓板和橫梁連在一起，橫梁和柱通過節(jié)點連為一體，形成承重結(jié)構(gòu)，將荷載傳至基礎(chǔ)，力的傳遞路線比較明確。對于整個房屋全部采用這種結(jié)構(gòu)形式的稱為框架結(jié)構(gòu)或純框架結(jié)構(gòu)。框架可以是等跨或不等跨的，也可以是層高相同或不完全相同的，有時因房屋布局和空間使用要求等原因，也可能要在某層抽柱或某跨抽梁，形成缺梁、缺柱的框架。墻體是填充墻，僅起圍護和分隔作用，所以框架結(jié)構(gòu)的最大特點是承重構(gòu)件與圍護構(gòu)件有明確分工，建筑物的內(nèi)外墻處理十分靈活，應(yīng)用范圍很廣?？偟脕碚f，多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)點和缺點如下：

（1）鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)空間分隔靈活，自重輕，節(jié)省材料；具有可以較靈活地配合建筑平面布置的優(yōu)點，利于安排需要較大空間的建筑結(jié)構(gòu)；框架結(jié)構(gòu)的梁、柱構(gòu)件易于標(biāo)準(zhǔn)化、定型化，便于采用裝配整體式結(jié)構(gòu)，以縮短施工工期；采用 現(xiàn)澆混凝土框架時，結(jié)構(gòu)的整體性、剛度較好，設(shè)計處理好也能達到較好的抗震效果，而且可以把梁或柱澆注成各種需要的截面形狀。

（2）鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的缺點?？蚣芄?jié)點應(yīng)力集中顯著，框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度小，屬柔性結(jié)構(gòu)框架，在強烈地震作用下，結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生水平位移較大，易造成嚴(yán)重的非結(jié)構(gòu)性破壞，適用于非抗震設(shè)計；鋼材和水泥用量較大，構(gòu)件的總數(shù)量多，吊裝次數(shù)多，接頭工作量大，工序多，浪費人力，施工受季節(jié)、環(huán)境影響。

3 多層建筑框架結(jié)構(gòu)計算方法

3.1 豎向荷載作用下內(nèi)力計算

在內(nèi)力計算中，在豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力可用分層法、彎矩二次分配法等近似方法計算。分層法在分層計算時，將上、下柱遠(yuǎn)端的 彈性支承改為固定端，同時將除底層外的其他各層柱的線剛度乘以系數(shù)0.9，相應(yīng)地柱的彎矩傳遞系數(shù)由1/2 改為 1/3，底層柱和各層梁的線剛度不變且其彎矩傳遞系數(shù)仍為1/2。彎矩二次分配法是先對各節(jié)點的不平 衡彎矩都進行分配（其間不傳遞），然后對各桿件的遠(yuǎn)端進行傳遞。分層法和彎矩二次分配法的計算精度較高，可用于工程設(shè)計。

3.2 水平荷載作用下內(nèi)力計算

水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力可用 D值法、反彎點法等簡化方法計算。其中D值法的計算精度較高，當(dāng)梁、柱線剛度比大于3時，反彎點法也有較好的計算精度。D值是框架結(jié)構(gòu)層間柱產(chǎn)生單位相對側(cè)移所需施加的水平剪力（如圖1為某工程剪力示意圖），可用于框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移計算和各柱間的剪力分配。D值是在考慮框架梁為有限剛度、梁柱節(jié)點有轉(zhuǎn)動的前提下得到的，故比較接近實際情況。影響柱反彎點高度的主要因素是柱上、下端的約束條件。柱兩端的約束剛度不同，相應(yīng)的柱端轉(zhuǎn)角也不相等，反彎點向轉(zhuǎn)角較大的一端移動，即向約束剛度較小的一端移動。D值法中柱的反彎點位置就是根據(jù)這種規(guī)律確定的。

圖1 剪力示意圖

在水平荷載作用下，框架結(jié)構(gòu)各層產(chǎn)生層間剪力和傾覆力矩。層間剪力使梁、柱產(chǎn)生彎曲變形，引起的框架結(jié)構(gòu)側(cè)移曲線具有整體剪切型變形特點；傾覆力矩使框架柱（尤其是邊柱）產(chǎn)生軸向拉、壓變形，引起的框架結(jié)構(gòu)側(cè)移曲線具有整體彎曲型變形特點。當(dāng)框架結(jié)構(gòu)房屋較高或其高寬比較大時，宜考慮柱軸向變形對框架結(jié)構(gòu)側(cè)移的影響。

3.3 軟件輔助計算

在手算前，用 PKPM 對初選方案進行結(jié)構(gòu)剛度、效應(yīng)分析、桿件內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值的計算，基本掌握模型建立、荷載輸入、參數(shù)確定、整體計算、結(jié)果分析等各重要環(huán)節(jié)。如若電算通過，則繼續(xù)進行手算；若不通過，則應(yīng)變換截面尺寸，直至電算通過。此外，還可利用 SAP2000 等數(shù)值分析軟件，對設(shè)計方案進行建模模擬，驗算內(nèi)力、變形等。

4 多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計實例分析

4.1項目概況

某辦公樓建筑，一共6層，建筑面積 4000m2左右，其中包括辦公室和會議室。設(shè)電梯 一部，入口門庭兩層通高，抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g，建筑物防火等級為二級。場地設(shè)計分組為第三組，場地土類型為Ⅱ類。地面粗糙度類別 C 類。

建筑場地：70m×40m，主要建筑材料有：鋼筋：HPB300 級，HRB335 級，HRB400～HRB500 級?；炷粒篊30～C40。砌體（填充墻）：加氣砌塊、空心砌塊，強度等級≥ MU7.5（加氣砌塊、空心砌塊容重不大于 8kN/m3），采用 M7.5混合砂漿砌筑。

4.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

4.2.1 建筑部分設(shè)計

（1）平面設(shè)計：合理確定平面柱網(wǎng)尺寸；布置房間；確定樓（電）梯數(shù)量、位置及形式；滿足室內(nèi)采光、通風(fēng)要求。

（2）剖面設(shè)計：確定合理層高；給出樓（地）面、屋面、墻身工程做法。

（3）立面設(shè)計：建筑風(fēng)格、造型應(yīng)富有創(chuàng)意，有時代感。要求完成的建筑施工圖有：首層平面圖（1：100）；標(biāo)準(zhǔn)層平面圖（1：100）；建筑詳圖（1：50 或 1：25）；立面圖（1：100或 1：50）：正立面、側(cè) 立面；剖面圖（1：100或 1：50，剖切位置必須在樓梯部位）；建筑設(shè)計說明書（在建筑設(shè)計說明中，應(yīng)說明自己所選取的方案的設(shè)計意圖，注意從平、立、剖等方面分別說明）。

4.2.2 結(jié)構(gòu)部分設(shè)計

（1）結(jié)構(gòu)選型：根據(jù)建筑設(shè)計方案及設(shè)計原始資料，選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)。

（2）結(jié)構(gòu)布置：確定柱在平面上的排列方式，一般柱網(wǎng)有內(nèi)廊式和等跨式兩種，選擇承重方案，框架結(jié)構(gòu)的平面布置形式非常的靈活，框架結(jié)構(gòu)按照承重方式的不同分為三類：橫向框架承重方案；縱向框架承重方案；縱橫向框架混合承重方案。

（3）構(gòu)件布置。合理布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件，初步確定材料強度等級及構(gòu)件截面尺寸。要確定構(gòu)件的截面尺寸，只能先估算，等構(gòu)件的內(nèi)力和結(jié)構(gòu)的變形計算好后，如果估算的截面尺寸符合要求，便以估算的截面尺寸作為框架的最終截面尺寸。如果所需的截面尺寸與估算的截面尺寸相差很大，則要重新估算和重新進行計算。

（4）結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析及構(gòu)件設(shè)計。根據(jù)現(xiàn)行國家設(shè)計規(guī)范，計算結(jié)構(gòu)荷載及地震作用；手算完成結(jié)構(gòu)一個主軸方向的內(nèi)力分析，進行框架梁、柱、的內(nèi)力組合，完成構(gòu)件截面設(shè)計；同時，可采用工程設(shè)計軟件 PKPM 計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力及配筋（如圖2 為某工程衛(wèi)生間處錯誤配筋圖和衛(wèi)生間處正確配筋圖），并與手算結(jié)果進行對比分析。完成樓梯的計算和配筋，完成板的配筋計算。

圖2 衛(wèi)生間處錯誤配筋圖和正確配筋圖

5 結(jié)論

總之，在多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，時常會遇到一些問題和不足，這就需要設(shè)計人員不斷地積累結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗，利用正確的概念進行設(shè)計。本文總結(jié)了多層框架建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法，并結(jié)合工程實例加以論述，提出了結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重點及難點，以供大家參考與借鑒。

參考文獻：

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