潮州市饒平縣建筑設(shè)計(jì)室 515700

摘要：文章結(jié)合筆者多年從事設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)要分析了多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特征，并總結(jié)了多層框架房屋建筑計(jì)算方法，并結(jié)合工程實(shí)例，主要就多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了分析與研究，旨在為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)；計(jì)算方法；實(shí)例分析

1 引言

近年來，隨著我國(guó)建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，人們對(duì)多層框架房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(diǎn)，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(jì)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(jì)方法。

2 多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)建筑特點(diǎn)方面：它是由鋼筋混凝土梁、柱、節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(duì)于整個(gè)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)?？蚣芸梢允堑瓤缁虿坏瓤绲?，也可以是層高相同或不完全相同的，有時(shí)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(hù)和分隔作用，所以框架結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是承重構(gòu)件與圍護(hù)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(jì)優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)如下：

（1）鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。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(diǎn)，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(shí)，結(jié)構(gòu)的整體性、剛度較好，設(shè)計(jì)處理好也能達(dá)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(diǎn)?？蚣芄?jié)點(diǎn)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(qiáng)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(jì)；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(fèi)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(jì)算方法

3.1 豎向荷載作用下內(nèi)力計(jì)算

在內(nèi)力計(jì)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(jì)算。分層法在分層計(jì)算時(shí)，將上、下柱遠(yuǎn)端的 彈性支承改為固定端，同時(shí)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(duì)各節(jié)點(diǎn)的不平 衡彎矩都進(jìn)行分配（其間不傳遞），然后對(duì)各桿件的遠(yuǎn)端進(jìn)行傳遞。分層法和彎矩二次分配法的計(jì)算精度較高，可用于工程設(shè)計(jì)。

3.2 水平荷載作用下內(nèi)力計(jì)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(diǎn)法等簡(jiǎn)化方法計(jì)算。其中D值法的計(jì)算精度較高，當(dāng)梁、柱線剛度比大于3時(shí)，反彎點(diǎn)法也有較好的計(jì)算精度。D值是框架結(jié)構(gòu)層間柱產(chǎn)生單位相對(duì)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(jì)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(diǎn)有轉(zhuǎn)動(dòng)的前提下得到的，故比較接近實(shí)際情況。影響柱反彎點(diǎn)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(diǎn)向轉(zhuǎn)角較大的一端移動(dòng)，即向約束剛度較小的一端移動(dòng)。D值法中柱的反彎點(diǎn)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(diǎn)；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(diǎn)。當(dāng)框架結(jié)構(gòu)房屋較高或其高寬比較大時(shí)，宜考慮柱軸向變形對(duì)框架結(jié)構(gòu)側(cè)移的影響。

3.3 軟件輔助計(jì)算

在手算前，用 PKPM 對(duì)初選方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)剛度、效應(yīng)分析、桿件內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算，基本掌握模型建立、荷載輸入、參數(shù)確定、整體計(jì)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(jìn)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(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行建模模擬，驗(yàn)算內(nèi)力、變形等。

4 多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例分析

4.1項(xiàng)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(huì)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(jì)基本地震加速度值為0.10g，建筑物防火等級(jí)為二級(jí)。場(chǎng)地設(shè)計(jì)分組為第三組，場(chǎng)地土類型為Ⅱ類。地面粗糙度類別 C 類。

建筑場(chǎng)地：70m×40m，主要建筑材料有：鋼筋：HPB300 級(jí)，HRB335 級(jí)，HRB400～HRB500 級(jí)?；炷粒篊30～C40。砌體（填充墻）：加氣砌塊、空心砌塊，強(qiáng)度等級(jí)≥ 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(jì)方法

4.2.1 建筑部分設(shè)計(jì)

（1）平面設(shè)計(jì)：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(jì)：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(jì)：建筑風(fēng)格、造型應(yīng)富有創(chuàng)意，有時(shí)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(jì)說明書（在建筑設(shè)計(jì)說明中，應(yīng)說明自己所選取的方案的設(shè)計(jì)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(jì)

（1）結(jié)構(gòu)選型：根據(jù)建筑設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)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(qiáng)度等級(jí)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(jì)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(jìn)行計(jì)算。

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

圖2 衛(wèi)生間處錯(cuò)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(jì)中，時(shí)常會(huì)遇到一些問題和不足，這就需要設(shè)計(jì)人員不斷地積累結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，利用正確的概念進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文總結(jié)了多層框架建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，并結(jié)合工程實(shí)例加以論述，提出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)及難點(diǎn)，以供大家參考與借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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