多层框架建筑结构设计原则及有关问题分析

吴文筠

摘要：目前，在房建工程当中，框架结构是常见的建筑结构形式之一，它具有抗震性能高、灵活性强等特点，深受社会欢迎。文章结合笔者设计实践，对多层框架建筑结构设计原则和有关问题进行深入分析，希望能与广大同行一道，共同提高建筑结构设计水平，为提升工程施工质量奠定良好基础。

关键词：建筑工程；结构设计；多层框架

前言

目前，在建筑工程结构形式当中，多层框架结构是常见的结构之一，

其良好的抗震性能和灵活性，在保证建筑结构具有良好的稳定性的基础上，满足人们个性化的需要。在进行多种框架结构设计中，设计师们应当把握设计原则、设计重点，严格按照有关设计规范进行设计，充分体现多场框架结构的特点和优势，更好地满足社会需求。

文章笔者近年参与了大量的多层框架建筑的结构设计工作，例如广东某实业有限公司员工宿舍，三层框架，建筑面积1555.26m2，河源某小学第三教学楼，四层框架，建筑面积1864.52m2，河源某企业生产车间，二层框架，建筑面积2000m2等，这些结构均为笔者独立完成，经检验，无存在结构设计问题，目前项目已建成投入正常使用中；现就多层框架房屋建筑结构设计有关问题进行深入分析。

一、多层框架建筑结构的构成及特点

1、多层框架建筑结构的构成

多层框架建筑结构主要包括有钢框架、钢与混凝土混合框架、钢筋混凝土框架构成。上述每种结构形式虽然所需要的施工材料存在差异，但梁与柱是其设计和施工重点，通常框架建筑结构施工中，梁和柱的布置是这样的：

梁以水平方式布置为主，但在具体施工时，会根据工程的实际需求和

特殊性，对梁进行合理调整，例如当建筑物需要具有较高排水功能时，可适度梁布置为倾斜形式，保证把水排走；柱一般布置为垂直方式，与梁相连接。

2、多层框架房屋建筑结构的特点

进行多层框架建筑结构设计时，必须以满足建筑物功能需要为首要条件：最大限度提高建筑结构的使用舒适度，多层建筑主要功能是用于市民的生活和工作需要，因此应当根据房屋的用途，对结构设计进行优化；在进行多场住宅建筑设计时，应从使用者的角度出发，合理对建筑内空间进行布局，并合理划分起居、盥洗、饮食等功能区间；

充分保护，居住者的隐私，为使用者建造一个相对独立的安全、舒适的空间，满足居民生活需求。

二、多层框架结构的设计原则

1、保持适宜的刚柔度

进行结构设计时，要保证结构有足够刚柔度，使到结构有相应的变形能力和承载能力，能够承受抵抗外力的影响。

2、防范外力影响

通过采取相应的设计措施，可以保证多层框架结构，具有足够的安全稳定性，抵抗外力影响。

3、突出重点

根据项目的实际情况，考虑到实际使用过程当中可能存在的问题，

以及承受外力作用下所产生的受力结构点，对多层框架结构进行重点调整和设计。

4、框架类型要相同。多层框架结构，必须保证建筑所选用框架结构类型相同，如果框架结构不同，因其自身具有柔性特性，较难与刚硬的砖混结构融合，会造成整个建筑结构不能互相统一协调，会带来安全隐患。

5、框架梁设计要合理。多层建筑中，框架梁是设计考虑的一项重要内容，设计框架过程中必须考虑悬臂梁梁端的变形情况，梁、柱之间的节点要处理合理，避免产生安全风险。

因此，设计人员在进行多层建筑框架结构设计时，要对各种设计进行分析论证，充分考虑其对建筑结构带来的影响，保证计算科学合理，

使到多层框架结构设计方案能满足实际需要，保证工程顺利进行。

三、多层框架房屋建筑结构设计的相关问题分析

1、加强建筑结构内力分析

对于多层框架房屋建筑结构设计来说，在实践中有必要对建筑物纵向荷载作用的结构内力进行计算。比如采用分层法对结构内力进行计算时，需将上柱和下柱远端弹性支撑的状态进行调整，在实际计算过程中，底层柱以外的其它层柱要与系数0.9相乘，为柱的弯矩传递

系数要变为1/3，通过分析结算结果，可将分配在柱上的不均匀节点进行调整，以确保各个杆件远端承载力的有效传递，进而保证多层框架房屋建筑结构的设计效果。

同时，在多层框架房屋建筑结构设计中，还应对建筑物横向作用的结构内力进行计算，在实践中多采用反弯点法、D值法等进行计算，在水平荷载作用下对框架结构内力进行计算，上下柱由于受到两端的限制作用，会对柱反弯点高度造成一定影响，即刚度限制程度不同时，则柱端所产生的变形程度不一，故应根据计算结果对其进行调整，以保证多层框架结构的稳固性，提高建筑工程的使用性能。

2、抗震性设计分析

①对建筑物外力传递路径进行合理规划。具体规划时，必须确保支柱、梁的轴线以及墙均处在同一平面上，使整体成为一个双向抗侧力的系统。当地震发生时，框架结构受到外力作用，产生塑性屈服性变形，减少外力因素对结构造成的损坏；在确定建筑物墙体和梁体的强度时，注意墙体强度要比梁体高。

提高墙体承载能力，防止因外力过强造成墙体剪力破坏，保证建筑结构的抗震能力达到标准要求。

②框架结构必须具有足够的承载能力。根据抗震强弱情况对柱、梁、墙等构造进行设计，确保其满足规范标准，使其有足够的结构承载能力。因此，在具体设计时，先要对柱的情况进行分析，根据抗震原则

确定柱的截面，并控制好配筋率和轴压比，提高结构延性，以及整个建筑结构的抗震能力。当建筑受到地震作用时，框架的延性可以通过变形来对地震所传播的能量进行吸收，从而达到提高抗震的效果。

③在对建筑物平面和立面进行设计时，要结合抗震理念，使到设计方案科学合理，设计符合规则性。通常情况下，规则性包括以下内容：

抗侧力结构主轴方向的刚度与变形的特性相接近；侧力结构的受力点较为均匀，分布在整个竖向断面；保证平面布置的统一性，且轴的抗侧力和刚度要均匀分布；确保周边结构和平面的中心互相协调，使建筑主体的抗扭压程度增强，以提升多层框架结构的变形力。

3、设计荷载取值

建筑物在施工及使用期间，其受力会由于建筑结构内部产生不同作用以及结构自身的变形影响而出现相应变化。例如建筑结构中混凝土出现收缩、位于结构内的钢筋产生变形、地理灾害等因素，都会影响到建筑结构中梁板柱墙的受力，为应对这种情况，需要在建筑物结构设计时，计算出其荷载值，在此基础上，再进行建筑物的结构设计方案。

在非地震设计状态下（承载力的极限状态）：

①荷载基本效应值的计算应由可变性荷载效应控制和永久性荷载效应控制来确定，确定取值时，要对取值范围内的数值进行分析，选取其中最不利的数值。

由于永久荷载和可变荷载的分项系数不同，只有选取最不利的荷载组合，在实际的设计中才能够计算结构所受的外力，即荷载效应。

荷载效应的荷载分为永久性荷载和可变性的荷载，在进行荷载组合中，永久荷载和可变荷载经乘以分项系数后作为设计值，在对多层框架结构的承载力极限状态进行计算时，需要将抗力和作用的设计值互相对应。

②正常使用极限状态下：

进行正常使用极限状态下荷载计算，在取得确定荷载值的同时，要取到荷载的标准值，即不乘以荷载组合的分项系数。比如取永久荷载和可变荷载的分项系数为1，在此基础上计算得出的外力，通过材料力学公式，进而求得结构构件的变形，比如挠度和裂缝，再根据不同构件的重要性等级，对比规范的限值，判断结构构件是否设计合理。

四、结束语

现代建筑结构中多层框架结构设计已积累了非常成熟的经验，为了提高建筑物功能和使用寿命，应需要不断对设计方案进行优化和完善，充分重视结构的抗震性能、结构内力、荷载取值等设计内容，最大限度体现多长层建筑框架结构的优势和特点，使到建筑更能满足人们需要。

参考文献

[1]李志宇，基于多层建筑结构设计的框架结构问题及处理分析，科技资讯，2009（18）

[2]李志宇，基于多层建筑结构设计的框架结构问题及处理分析，城市建筑，2013（24）