基于工业与民用建筑多层框架结构设计的探讨.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 27 日 作者简介：阮昌义(1981)，本科学历，中级工程师，从事施工监理工作。-120-基于工业与民用建筑多层框架结构设计的探讨 阮昌义 广西共创建设项目管理有限责任公司，广西 南宁 530000 摘要：摘要：随着我国工业与民用建筑需求量的不断增加，同时，我国的工业与民用建设规模也越来越大。在建设工业与民用建筑中其中，多层建筑结构的设计是多层建筑的一个重要组成部分，为推动我国工程建设和发展，开展多层框架结构的设计研究显得尤为重要。本文详细分析了多层框架结构设计必须坚持的分析原则和基本内容，基于实例分析民用建筑多层框架结构设计及多层结构框架分析设计要点，以期为相关同行提供参考。关键词：关键词：框架结构；结构设计；原则 中图分类号：中图分类号：TU 0 引言 目前，大多数民用建筑都采用多层框架结构，为确保多层框架结构的高质量和安全性，必须对其潜在的问题进行调查，并提出相应的解决方案。1 多层框架结构设计必须要坚持的原则分析 梁和柱是刚柔组合或铰接组合而成的空间结构，经大量试验研究表明，框架结构既能有效承担整个建筑工程的竖向及横向荷载，又能在建筑空间布置上表现出较大的柔性。但是，在进行整体框架结构设计时，必须严格遵守下列几个基本原理。1.1 对于结构抗震概念必须要给予充分的重视 要想更好地改善整个工程的抗震能力，就必须要不断地强化整个结构的设计，同时，该方案对整个建筑物的布置也是十分有利的，所以必须采取相应的措施来减小扭转或增强抗扭刚度。无论采用何种方法，都要尽可能地避免出现薄弱环节，或者采用适当的处理方法，并加强对节点的保护。延性构件能够改善结构的延性，对结构的抗震性能起着至关重要的作用。在地震中，如果建筑的延性结构越好，就越不易遭受相关的损伤，这就需要我们在设计时遵循强柱弱梁、强剪弱弯的建筑设计原理，让整个结构有一个清晰的传力途径。要实现这一目标，就需要在整个结构的整体计算、受力分析等各阶段，都要切实找出存在的一系列问题，并加以解决，这样才能使整个结构的设计更加安全、合理、经济。1.2 对于外力的抵抗能力必须要给予满足 在进行框架结构设计时，除了要满足正常使用时的垂直荷载外，还应同时考虑到地震与风荷载的作用。除了要按照建筑的使用功能和竖向形状，对结构构件进行合理的布局，同时也要按照建筑平面的规律性，对各个重要部分的连接与构造进行合理的设计，对局部抗力薄弱的部分采用加固或者采用其它等价的措施，使得整体建筑在满足一定的使用功能的同时，能够抵抗不同的外力。1.3 对有关的规范和程序必须要严格的执行 针对国家所制订的一系列的法律、法规，一定要在国内的建设项目中加以贯彻，而同样想要严格执行的人员，除了必须要认真执行之外，还有一个问题是，必须关注本国标准和规章中的某些规定，只有达到了一般技术结构设计的最低标准，才是必须要达到的。随着我国建设事业的发展，建筑的使用功能也发生了进一步的变化，特别是随着建筑风格的多元化以及建筑形态的更新，出现了大量的不规则结构。在这样的背景下，对于这类特殊的多层框架结构，在进行设计时，既要符合相关的规范，又要符合相关的规范，同时也要对工程的复杂性、特殊性及规范性有深刻的认识与理解，并在此基础上结合相应的规范与措施，使工程的设计更加安全可靠1。1.4 将多道安全防线提升上来 在整体的框架结构设计中，需要不断地建立好安全线，如果能够做好安全线的工作，就可以不断地提高建筑物的抗震性能。因为楼板是框架结构整体设计的一部分，这种结构能极大地改善结构的强度和刚性，中国科技期刊数据库 工业 A-121-因此，在对其进行损害时，能有效地降低某些不利因素。在整个结构工程设计中，应持续强化各构件的承载力，增强框架的整体抗震能力，将某些不必要的损失降到最低。2 多层框架结构设计的基本内容 2.1 框架结构类型须一致 合理建设多层民用建筑，首先，必须确保结构形式的一致性。在进行多层框架结构建设工程的过程中，必须明确以下一个原则：即保证框架结构的结构型式必须一致，任何时候都不能用两个不同的结构。特别是对于一些特别的房间，如楼梯井、电梯井等，要尽量避免采用砖墙。对此，主要原因是构架属于柔性结构。然而，砌体是一种刚性结构，两者并不相容。因此，在确保高层住宅多层框架结构造型的同时，必须保证各构件的变形协调一致。不要使用会影响整体质量的混合型结构，规避安全隐患。也就是说，框架结构的类型必须要达成一致。2.2 加强短柱的构造措施 民用建筑多层框架结构的合理施工，必须加强短柱的构造措施。更确切地说，在大多数情况下，民用建筑施工中的吊顶有些需要吊顶，或者业主需要用于其他装修构思。然而，很多施工人员总是会为了省钱，对于柱子之间的填充墙进行施工，却不上顶，或随便在墙上开个门、窗、洞等不良行为，但由于其不够规范，常导致短柱的产生。但由于短柱刚度较大，易出现横向开裂，或在任何时候都可能导致建筑或结构的轻微损坏，直到最终坍塌。所以，在设计中应加强短柱的构造措施2。2.3 合理安排框架梁设计 在民用建筑中合理建造多层框架结构时，对框架梁的合理布置提出了更高的要求。特别是，在满足民用建设需求的基础上，框架梁是非常重要的。同时，为满足工程要求，还应设置钢筋混凝土柱。在进行柱的内力、配筋计算过程中，要对设计者的专业知识进行严格的要求，消除概念模糊的现象，要以科学、严谨的态度对待工作中的每个环节，合理设计土木工程结构的多层框架结构。由于柱子是偏心受压构件，所以，在进行悬臂梁端部的协调变形时，应认真加以考虑。在此基础上，通过对各垂直构件的受力分析，以及对其连接方式的正确处理，可以有效地解决工程中存在的安全问题，避免工程事故的发生。所以，有关设计者在进行多层框架结构的设计时，必须具有专业性，不可有随意性。建筑业的安全工作，比什么都重要，框架梁设计的合理布置是民用建筑结构多层框架结构的根本。3 基于实例分析民用建筑多层框架结构设计(1）做好基础设计工作。在进行地基承载力分析时，需要进行地基承载力及变形集合的测定，并采用科学的计算手段，对地基土尺寸、地基接触面等资料进行计算，最后完成承载结构的布置。(2）梁的设计。目前，我国部分民用住宅多层框架结构，梁板的总体设计还不够完善，如图 1 所示。图 1 某小区的局部结构图 L1 是主梁结构，L2 是次梁结构，支柱 A 是主梁 L1的支撑点，B 是主梁和次梁的交叉点。从图中可以看出，由于主梁、次梁相交点 B 与主梁支点相邻，所以次梁（L2）的载荷与 L1 共同承担，而不施加于 L1。次要梁L2 下端的加强筋应锚固在主梁上，这将导致主梁 L1在恶劣情况下发生扭转，所以，在混凝土中设置抗扭转钢筋是十分必要的。但在 A、B 两个主梁上的扭转力矩较大时，可能出现跨梁现象。为确保建筑物的安全，设计中可采用如下措施：仅将次梁一端制成连接件，将次梁支承于主梁上，这样，主梁 L1 配筋较少，次梁 L2 较低配筋较大，AB 间扭矩较小3。所以，在多层住宅结构设计中，应充分考虑扭矩对结构性能的影响，并对其进行合理的设计。(3）柱子的设计轴压比限值：对于多层民用建筑，可采用底部框架柱混凝土强度等级提升一级，并中国科技期刊数据库 工业 A-122-通过连续调节柱截面尺寸，实现层间轴压比、位移角的控制，从而获得更合理的配筋比例。短柱：长细比在 4 以下的短柱称为短柱。对于多层框架结构，要充分考虑短柱的作用，提高其抗震性能。多层结构中，楼梯井梯形柱和错层框架柱是一种常见的短柱形式。在短肢剪力墙结构设计中，剪力比是短肢剪力墙结构设计中的一个重要内容。a.柱剪力比大于 2 时，柱受弯和受弯承载力均为压弯破坏，在此条件下，该结构可基本达到抗震设计要求，并具有较强的致密性。b.当剪应力比值大于 1.5，且小于 2 的情况下，该柱受剪破坏属于剪力破坏，可通过加大混凝土强度或增设配箍等方法进行加固。c.剪应力比值小于 1.5，柱受剪强度为脆剪力，此时房屋的抗震能力较差，结构失稳程度较大，因此，在设计时应该充分考虑到这一点。d.当剪应力比值小于 1.5，且小于 2 时，该柱受剪破坏形式为剪力破坏，宜采用加大混凝土强度或增设配箍等方法4。(4）框架柱配筋的调整。在本文的研究中，对框架柱的配筋进行了合理的调整，从而改善了其地震反应能力。为保证框架柱受力安全，宜采用对称撑杆，并在计算完水平、竖向配筋量后，按双向偏心计算方法进行配筋。通常情况下，钢筋的配筋计算也应该考虑下列情况。为确保抗震墙局部结构不发生偏心，柱内纵筋的长度应大于计算值的 25%；计算出的相对数据必须按一定比例放大，才能在实际情况中发挥作用，具体比例见表1：柱内纵向配筋总截面应大于计算值的25%。表 1 扩大比例 项目 扩大 7 框架柱配筋 1.21.6 倍 0 柱 1.2 倍 边柱 1.3 倍 角柱 1.4 倍 框架柱悬挂件的外形宜采用井字型组合箍筋或菱形；从而确保了箍筋与混凝土之间的粘结约束最好。对于柱底部的纵向钢筋，框架结构的下部结构（抗震等级为二、三级）必须采用机械连接或焊接的方式进行连接。一般情况下，对于直径在 22 或更大的柱子，宜采用机械联接。对框架梁的裂缝宽度及钢筋的配筋进行了调整。框架梁的裂缝宽度直接关系到房屋自身的稳定与安全，在施工中应该引起足够的重视。一般情况下，最主要的评价指标是：受拉筋的直径及纵筋的纵向配筋率。可以通过提高梁的配筋或截面尺寸来控制框架梁的裂缝宽度。同时，必须满足抗震中对强柱弱梁的要求。此外，如果使用计算机构建多层框架结构模型，则有必要单独输入恒活荷载值，以便于计算裂缝宽度。同时，可以采用以下两种方法来保证计算机计算结果的准确性。a.首先处理梁固定端负弯矩，主要应用振幅调整，然后再对其进行合理的计算与配置。b.首先进行弯矩分配，确认了基础数据，进而求出梁端的弯矩，最后把结果与振幅调整系数进行比较，再将二者相乘。c.首先计算梁端弯矩，然后计算梁端弯矩，再将结果与振幅调整系数进行比较5。4 多层结构框架分析设计要点 4.1 楼梯设计 楼梯是整个建筑工程中最主要的人员疏散地点，所以要持续强化楼梯结构，才能更好的让楼梯在结构层面上形成局部不连续的空间，因为有了楼梯休息台梁，才能在地震时，逐步减弱楼梯间产生的各类物体的能力。在设计阶梯时，必须持续地决定阶梯与阶梯间的衔接方式。而且在整个建筑的设计过程中，还需要不停地通过各种计算，来决定适合自己的结构设计，对楼梯井进行必要的加固：例如，在楼梯井中设置短柱，使其具有足够的高度，楼梯间的隔墙采用绑扎网来加固，其余的平台或者是半高的楼板通过安装钢筋混凝土拉杆来加固。4.2 其他方面应该注意到的一些问题 首先，由于其变形及受力方式的差异，在地震作用下极易发生脆性失效，从而导致整个结构的失效，因此，在结构设计中应尽量避免采用此种形式。因此，对短柱，在构造措施上，还需加强补强，而在实践中，由于造型的原因，往往会产生短柱。由于短柱在地震中极易发生失效，因此，在抗震设计中必须对其进行有效的加强，以防止短柱失效。在工业民用建筑中，由于一定的建筑要求，地震资料显示，单跨框架，特别是多层高层建筑，在地震作用下，单跨结构的破坏更为严重。由于框架柱在地震作用下发生失效，很可能导致整体结构的整体失效，因此，在结构抗震设计中国科技期刊数据库 工业 A-123-中不应采用冗余较小的单跨框架。5 结束语 总之，在民用建筑中，多层框架结构的设计，一定要严格遵循各项设计规范，对出现的设计问题进行妥善的处理，同时也要对存在的问题进行总结，并将其总结出来，以便对国内的建筑设计有所借鉴，让同行们一起进步，从而整体上提升我国民用建筑的设计水平。参考文献 1岳晓愿,韩哲.民用建筑多层框架结构设计基本原则与要点探析J.科技风,2018,(11):198.2朱立光.基于工业与民用建筑多层框架结构设计的探讨J.绿色环保建材,2018,(05):89.3黄菲菲,栾涛.民用建筑多层框架结构设计论述J.城市建筑,2013,(20):56.4梁杰,翟璟雪.基于工业与民用建筑多层框架结构设计的探讨J.建材与装饰,2018,(39):133-134.5王利霞.基于工业与民用建筑多层框架结构设计的探讨J.建筑工程技术与设计,2014(16):217-217.