王龍 邱海峰

摘 要：在當(dāng)前建筑行業(yè)快速發(fā)展過程中，框架結(jié)構(gòu)作為一種較為常見的結(jié)構(gòu)形式在當(dāng)前工業(yè)和民用建筑中應(yīng)用較為廣泛。框架結(jié)構(gòu)在布置上具有較好的靈活性，抗震性能和整體性能較好，傳力明確等諸多優(yōu)點(diǎn)能夠更好地滿足人們個(gè)性化的使用要求。

關(guān)鍵詞：多層框架；房屋建筑；計(jì)算方法；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

前言

在當(dāng)前建筑工程項(xiàng)目中，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式，其結(jié)構(gòu)承重主要是由樓板、梁、柱和基礎(chǔ)等四個(gè)構(gòu)件共同組成，通過對(duì)高度和層數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，應(yīng)用框架結(jié)構(gòu)具有較寬闊的空間，而且在平面布置上具有較好的靈活性，能夠更好地滿足多種工藝及使用功能的要求，這也是當(dāng)前框架結(jié)構(gòu)在住宅及公用建筑中得以廣泛應(yīng)用的最重要因素。

1 多層框架房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀和優(yōu)缺點(diǎn)分析

1.1 多層框架房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀

框架結(jié)構(gòu)主要是由鋼筋混凝土梁、柱、節(jié)點(diǎn)和基礎(chǔ)作為主框，同時(shí)還包括樓板、填充墻和屋蓋等共同構(gòu)成的結(jié)構(gòu)形式，通過將樓板、橫梁及柱共同邊結(jié)在一起，使其成為一個(gè)主體，這樣基礎(chǔ)能夠有效地承擔(dān)起較大的荷載，而且力的傳遞路徑也較為明確，能夠起到較好的承重作用。在建筑施工中，針對(duì)房屋結(jié)構(gòu)形式運(yùn)用的情況可分為框架結(jié)構(gòu)或是純框架結(jié)構(gòu)。在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以根據(jù)房屋布局和空間使用要求來將框架分為等跨和不等跨，而且層高可以相同也可以不相同，在具體應(yīng)用中可以存在缺梁或是缺柱的框架。房屋建筑結(jié)構(gòu)中的墻體具有較好的圍護(hù)和分隔作用，在框架結(jié)構(gòu)中，由于承重構(gòu)件及圍護(hù)構(gòu)件之間分工較為明確，因此建筑物的內(nèi)外墻可以靈活進(jìn)行處理，能夠?yàn)榻ㄖ峁┓浅ｌ`活的使用空間。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)來講，由于其構(gòu)件截面不大，這也使框架結(jié)構(gòu)自身的承載力和剛度都不大，因此當(dāng)樓層越高時(shí)，框架需要承受來自于縱向和橫向兩個(gè)方向較大的水平力。這也決定了框架結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)的特征，在合理的設(shè)計(jì)下，框架結(jié)構(gòu)具有非常好的延展性，具有較強(qiáng)的抗震性能。

1.2 多層框架房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)分析

1.2.1 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)

在房屋建筑結(jié)構(gòu)中利用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，不僅能夠靈活對(duì)空間進(jìn)行分隔，而且結(jié)構(gòu)自身的重量不大，能夠?qū)崿F(xiàn)材料的節(jié)約。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)與建筑平面在配合上具有較好的靈活性，在對(duì)空間結(jié)構(gòu)具有較大要求的建筑結(jié)構(gòu)中具有較好的適用性。而且框架結(jié)構(gòu)中所使用的梁和柱構(gòu)件容易達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化和定型化，更便于采用裝配整體式結(jié)構(gòu)，有利于縮短工期。另外在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)應(yīng)用過程中，具有整體性好、剛度大及抗震效果好的特點(diǎn)，同時(shí)梁和柱的截面形狀可以根據(jù)自身的實(shí)際需要來進(jìn)行澆筑。

1.2.2 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)，應(yīng)用較為集中，側(cè)向剛度較小，在強(qiáng)烈地震作用下非結(jié)構(gòu)性破壞較為嚴(yán)重，因此在具體設(shè)計(jì)過程中適用于非抗震性設(shè)計(jì)。而且鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)對(duì)于鋼材和水泥的使用量較大，需要較大數(shù)量的構(gòu)件，在施工過程中需要多次進(jìn)行吊裝，接頭工作量較大，工序較多，而且受季節(jié)性影響較大，這也導(dǎo)致鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在高層建筑中不具有適用性。

2 多層框架房屋建筑計(jì)算方法

2.1 豎向荷載作用下內(nèi)力計(jì)算

在對(duì)多層框架房屋建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)豎向荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算，通常情況下會(huì)采用分層法和彎矩二次分配法來對(duì)豎向荷載作用下的內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算。利用分層法對(duì)內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，則需要將上、下柱遠(yuǎn)端的彈性支承進(jìn)行改變，使其變?yōu)楣潭ǘ?，而且在具體分層計(jì)算時(shí)，底層柱除外，其他各層柱的線剛度需要與系數(shù)0.9進(jìn)行相乘，同時(shí)柱的彎矩傳遞系數(shù)也需要改為1/3，而底層柱的線剛度不變，同時(shí)各層梁的線剛度也保持原來的數(shù)值，而且彎矩傳遞系數(shù)也保持不變?nèi)詾?/2。而在利用彎矩二次分配法對(duì)內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，則需要先分配各節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩，分配完成后才能不對(duì)各桿件的遠(yuǎn)端進(jìn)行傳遞。利用這兩種方法來對(duì)內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，有效地確保了計(jì)算精度的提高，在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用具有較好的效果。

2.2 水平荷載作用下內(nèi)力計(jì)算

可以采用D值法和反彎點(diǎn)法來對(duì)水平荷載作用下的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算。這兩種方法有效的確保了計(jì)算的精度。D值法中的D值作為層間柱相對(duì)側(cè)移時(shí)所需要施加的水平剪力，在框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移計(jì)算中具有較好的應(yīng)用，同時(shí)也可以將其應(yīng)用在各柱間的剪力分配上，D值與實(shí)際情況具有非常好的接近度。在水平荷載作用下對(duì)內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，柱上和下端的約束條件會(huì)對(duì)柱反彎點(diǎn)高度產(chǎn)生較大的影響，而且當(dāng)柱兩端的約束剛度不一樣時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致柱端轉(zhuǎn)角處于不相等的情況，這時(shí)反彎點(diǎn)則會(huì)向轉(zhuǎn)角相對(duì)較大的一側(cè)進(jìn)行移動(dòng)，根據(jù)這種規(guī)律來確定D值法中柱的反彎點(diǎn)位置。

框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下，各層之間會(huì)有層間剪力和傾覆力矩的產(chǎn)生，而且在層間剪力作用下，梁和柱會(huì)出現(xiàn)不同程度的變形。而在傾覆力矩作用下，會(huì)導(dǎo)致框架柱軸向拉、壓變形的產(chǎn)生。因此當(dāng)框架結(jié)構(gòu)房屋高度較大或是具有較大的高度比時(shí)，這時(shí)則需要對(duì)柱軸向變形給框架結(jié)構(gòu)側(cè)移帶來的影響進(jìn)行綜合考慮，確保結(jié)構(gòu)的牢固性。

2.3 軟件輔助計(jì)算

在手算之前，需要利用電算來對(duì)初選方的各個(gè)方面進(jìn)行計(jì)算，對(duì)重要環(huán)節(jié)進(jìn)行有效掌握。當(dāng)電算沒有通過時(shí)，則需要對(duì)截面的尺寸進(jìn)行變換，當(dāng)其通過后則可以繼續(xù)進(jìn)行手算。另外還可以利用數(shù)值分析軟件來作為計(jì)算的輔助工具，完成對(duì)設(shè)計(jì)方案相關(guān)數(shù)值的計(jì)算工作。

3 多層框架房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟

3.1 建筑設(shè)計(jì)部分

建筑設(shè)計(jì)主要以平面設(shè)計(jì)、剖面設(shè)計(jì)和立面設(shè)計(jì)為主，需要對(duì)平面柱面的尺寸進(jìn)行合理確定，有效地滿足室內(nèi)采光和通風(fēng)的要求，合理對(duì)層高進(jìn)行確定，同時(shí)還要確保建筑的造型上具有較強(qiáng)的時(shí)代感，富有創(chuàng)意，確保完成的建筑施工圖內(nèi)容的全面性和完整性。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分

一是結(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)體系。

二是結(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。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。

三是結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析及構(gòu)件設(shè)計(jì)：根據(jù)現(xiàn)行國家設(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，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。

四是繪制結(jié)構(gòu)施工圖。

4 結(jié)束語

在多層框架房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常會(huì)遇到一些規(guī)程及規(guī)范中沒有涉及到的問題，這就需要設(shè)計(jì)人員依靠自身的豐富經(jīng)驗(yàn)和正確的設(shè)計(jì)理念來完成設(shè)計(jì)工作中遇到的難題，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，為我國建筑行業(yè)的健康、持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

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