多层建筑框架结构设计网

【摘要】现代建筑逐渐朝着多元化方向发展，框架结构因为具有灵活的空间分隔性和自重轻的特点，已经成为我国建筑普遍采用的结构形式之一。多层框架结构设计由于比较普遍，所以也是一种较为基础且较为重要的设计课题。目前的框架建筑结构设计大多采用电脑辅助设计，所以，很多设计过程中存在的问题容易被忽视，进而导致一些安全隐患的发生。对于框架结构在设计过程中的要点问题，设计者应该认真做好分析和计算工作，尽量避免因为过分依赖计算机，而导致各种设计失误。
【关键字】多层建筑，框架结构，设计研究

一．前言
框架结构在我国已经成为了一种主要的建筑结构形式，但是框架结构的设计理论还是停留在原有落后的基础上，这给我们国家的工民建行业的发展带来了一定的局限，尤其是座落在一些地震带上的建筑，给广大群众的生产生活带来了一定的影响。同时，不合理的设计也严重地影响了建筑的寿命。对于框架结构，目前多采用计算机辅助软件来进行分析和计算，但是目前有的工程设计人员过分地依赖计算机的计算结果，而缺少独立分析问题、解决问题的能力，致使在一些图纸中出现不必要的问题，为以后事故的发生埋下隐患。为此，文章针对钢筋混凝土多层框架结构设计中涉及的一些概念性、实际性问题，运用设计理论并结合实际经验提出了相应的解决措施。多层框架结构设计是进行结构设计较为基础的设计，也是结构设计中较为重要的一种结构形式设计。笔者结合自己的一些工作经验，针对目前我国建筑钢筋混凝土多层框架结构设计中的问题展开论述，期望对以后的设计工作提供一些有益的帮助。
二．多层框架结构建筑的设计问题及处理

1.基础联系梁的设计问题

当建筑的基础埋置比较深时，可以用基础联系梁来减少底层柱的计算长度。在±0.00 以下设置联系梁，形成有效的框架，联系梁下的柱可按照短柱进行加强处理。有抗震设防要求时，基础间宜沿着两个主轴的方向设计基础联系梁；如果基础联系梁上作用有填充墙或者楼梯柱等荷载传来时，应该与所连柱的最大轴力设计值的10%叠加计算，基础联系梁的配筋应该满足梁的受力要求。基础联系梁的项标高宜与基础的顶端标高一致。当基础形式为独立扩展基础，施工时应先将基础联系梁下与独立基础之间的空隙部分进行混凝土浇筑，浇筑到与基础顶面平齐，然后再浇筑基础联系梁。这样可以有效减少基础联系梁的计算跨度。当基础形式为桩基础时，单桩承台应在两个互相垂直的方向上设置系梁；两桩承台应在其短向设置系梁。
如果采用基础系联梁来平衡柱底的弯矩，那么基础联系梁的截面尺寸和配筋应该按照框架梁来设计。此时的梁正弯矩钢筋应该全部的拉通，而负弯矩钢筋也应该在 1/2 跨以上拉通，同时基础联系梁的纵筋在框架柱内的锚固、箍筋的加密以及其他抗震结构物都应该与上部的框架梁保持一致。

2.结构薄弱层的设计问题

结构薄弱层是指在强震下，结构首先容易产生较大弹塑性位移的部分，这些结构薄弱部位的承载力在设计时是满足抗震承载力要求的，但是当地震的震级在7级以及 7 级以上时，容易出现薄弱现象。通常情况下薄弱层对结构的抗震影响极大，设计应该尽量避免薄弱层的出现。而避免薄弱层通常采取的方法是加大该层的抗震侧移刚度，也就是采取加大此类薄弱层的柱截面和梁截面的措施；如果可以，应该改变薄弱层的层高或者减少基础的埋置深度。
如果薄弱层无法避免，应该在结构计算和出图时，保证按照规范要求采取相应构造加强措施，除了对薄弱层的地震剪力乘以1～1.5 倍的放大系数以外，还需要对结构的楼层屈服强度系数进行验算。楼层屈服强度系数应该按照构件的实际配筋和材料强度标准值进行计算。具体可根据楼层受剪力和地震作用标准来计算楼层弹性地震剪力的比值，如果地震烈度在7 度到 9 度之间的地区结构楼层屈服强度系数小于0.5 时，则需要对结构进行弹性变形验算，使其符合建筑抗震设计规范。如果不符合以上要求，就必须重新调整结构布置。

3.框架结构梁的设计问题

在对框架结构建筑进行设计时，位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载，应由附加横向钢筋承担，则需要考虑设置附加箍筋和吊筋，为方便施工可优先考虑采用附加箍筋，如主次梁搭接时，可以在结构设计总说明处，画上一节点，在有次梁部位的两侧各加上3根主梁箍筋来作为补充。框架梁与次梁的端部出现相交的现象，或者弹性支承在墙体上，对于梁端支座可以按照简支梁的方式来处理，但是必须对梁的端箍筋进行加密。在设计抗扭梁时，纵筋的间距应该小于 300 mm，并保证小于梁的宽度。通常在设计的时候可采用加大腰筋直径加密腰筋间距的方法来增加梁的抗扭力，同时对于纵筋和腰筋锚入支座内的长度应该符合要求。对于箍筋也应该符合抗震设防要求。在反梁板吊在梁底时，板的荷载主要由箍筋来承担，可适当加密箍筋的间距，加大箍筋直径。对于框架梁截面的高度设计，应该在梁跨度的1/10 至1/15 之间选择，对于宽扁梁的宽度，则最大可以设计到柱宽的两倍。

4.框架结构柱的设计问题

如果框架结构柱在地上的

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部分为圆柱时，在地下的部分就尽量做成矩形柱，这样可以尽量减少施工的工序。圆柱的纵筋根数应该保证在 8 根以上，而圆柱的箍筋宜优先采用螺旋式，这样可以有效增加结构的整体性和柱子的刚度及承载力，施工图纸中需要注明柱子端部有一圈半的水平段；矩形柱宜优先选用井字复合箍的箍筋形式，有抗震设防要求的需按照建筑抗震设计规范进行加密设计。角柱和楼梯间的框架柱、梯柱应在全柱高范围内进行加密。通常框架结构柱的截面，非抗震时不宜小于边长 250 mm，四级抗震边长不宜小于300 mm，一、二、抗震时边长不宜小于 400mm；框架柱混凝土的标号则应该在 C25 以上，且梁纵筋锚入柱内的水平段长度、弯折长度应该符合规范要求。
三．多层建筑框架结构的设计要点

1.尽量避免短柱的出现

在对框架结构进行设计时，应该尽量避免出现短柱现象。因为短柱的抗震性能通常较差。但是在框架结构设计过程中，由于楼梯间休息平台梁或者楼层的高矮等原因，有些短柱的出现很难避免。所以，如果存在短柱，就应该按照建筑抗震设计规范进行处理，尽量提高短柱的抗震性能。另外，如果在同一楼层中，均为短柱，且各柱之间的刚度比较均匀、相差不大，则认为其结构是可以得到保证。

2.中心线应该符合规定

框架梁与柱的中心线应该符合相关规定，也就是框架梁、柱中心应该尽量重合，如果中心线存在偏移现象时，需要全面考虑偏心对梁柱节点核心区受力和构造可能产生的影响，同时也应该考虑到梁上荷载对柱子的偏心影响。如果偏心距大于该方向上柱宽度的 1/4 时，可以考虑采用增加梁水平方向加腋等措施。而当梁、柱偏心大于该方向柱宽的1/4 时，可采用梁水平腋的措施。加腋后的梁在验算梁的剪压比和受弯承载力时，通常不会计算加腋部分截面的有利影响。

3.避免砌体墙的出现

在多层框架结构建筑的设计当中，通常不可以采用部分砌体墙承重的混合形式。通过对大量的震害分析来看，框架结构在地震作用下的反应，要比仅按纯框架抗侧力刚度时要大很多，尤其是有砌体墙存在的时候，在地震的作用下，砌体结构会最先受到破坏。这种情况下框架结构对于内力和配筋并没有按照实际刚度来确定，这就会使得结构的构件在地震作用下很容易受到地震波的破坏，因此，这种建筑设计会存在一定的危险因素。
通过对大量震害建筑的分析来看，框架结构中的承重砌体均会出现较为严重的开裂和破坏问题，一些出层顶的楼、电梯间会因为砌体承重墙的原因出现破坏现象。所以，在多层框架结构建筑的设计中，应该避免砌体承重墙的出现。

4. 刚架最优柱距的确定

刚架最优柱距也是影响框架结构性能的一个关键因素。刚架跨数 、屋面荷载、檩条形式等因素都会影响到刚架的问距。柱距增大，刚架承受的荷载面积增大 ，檩条和支撑跨度增大，拉条布置增多 ，总用钢量呈非线性变化 。研究表明：
（一）单跨刚架柱距小于 8m或双跨刚架柱距小于7．5m时 ，总用钢量随柱距的增大而减小；超过8m时，随着柱距的增大，主刚架用钢量减小，但檩条 、拉条和支撑的用钢量增大，后者的增大幅度比前者减小的幅度大，造成总用钢量增大。
(二)当柱距接近 7～8m时 ，用钢量最小，柱距不宜超过 9m，以免檩条 、拉条和支撑的用钢量增加过多，造成综合造价不经济。表 1所列即为一般情况下，柱高为 6m，各种跨度对应的刚架最优柱距 。
四．结束语
以上框架结构几个部位的设计和框架结构设计的几个问题在钢筋混凝土框架结构设计中是经常遇到的，却并没有引起设计人员的重视，也常常被设计人员忽略，希望从此以后能够得到重视，以避免再次出现错误。结构设计员在进行多层框架房屋结构设计时，不仅要掌握设计规范还应根据自己在工程中积累的经验结合设计计算结果，选择出合理的结构体系来正确的处理结构设计中的相关问题，从而提高结构的设计质量。
参考文献：
梁丽芳; 都军花 浅谈建筑框架结构设计存在问题及对策科技创新导报2009-03-21期刊
王俊 论建筑框架结构设计的技术措施与技巧科技资讯2006-06-03期刊