钢筋混凝土多层框架房屋结构设计研究.pdf

工程设计工程技术研究 第 8 卷 总第 140 期 2023 年 6 月摘要：钢筋混凝土框架是现代房屋建筑工程建设较常用的结构形式，该结构的设计质量直接影响整个房屋建筑的使用性能。然而，我国在钢筋混凝土多层框架房屋结构设计方面发展时间较短，相关设计不完善。基于此，设计人员必须加强对这一结构方式的研究，掌握其在房屋结构设计中的要点，从而不断完善钢筋混凝土多层框架房屋结构设计。文章首先介绍了钢筋混凝土多层框架房屋结构设计应遵循的原则，其次探索了钢筋混凝土多层框架房屋结构设计要点，以供参考。关键词：房屋结构；钢筋混凝土；多层框架Abstract:Reinforced concrete frame is a commonly used structural form in modern housing construction projects.The design quality of the structure directly affects the performance of the whole building.However,China has a relatively short development time in the structural design of reinforced concrete multi-storey frame houses,and the relevant design is not perfect.Based on this,designers must strengthen the research on this structural form and master the key points in the design of house structure,so as to continuously improve the structural design of reinforced concrete multi-storey frame houses.This paper first introduces the principles that should be followed in the structural design of reinforced concrete multi-storey frame houses,and then explores the key points of structural design of reinforced concrete multi-storey frame houses for reference.Key Words:house structure;reinforced concrete;multi-storey frame分类号：TU375.4钢筋混凝土多层框架房屋结构设计研究马小明兰州兰石建筑设计有限公司，甘肃 兰州 730050Research on Structural Design of Reinforced Concrete Multi-storey Frame HousesMA XiaomingLanzhou Lanshi Architectural Design Co.,Ltd.,Lanzhou 730050,Gansu,China055.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.12.随着社会的进步和科技的发展，人们对居住环境和建筑品质提出了更高的要求。基于这一背景，我国建筑领域涌现了更多新的设计理念，其中钢筋混凝土多层框架房屋结构设计可以进一步延长建筑物的使用期限，并显著提升房屋结构的坚固性与稳定性。在具体实践运用中，钢筋混凝土多层框架房屋结构设计看似简单，涉及诸多复杂细节，要求设计人员充分把握相关概念，提高自身的结构设计水平，从而提出更科学、可行的房屋结构设计方案，保证后期工程施工的顺利、安全开展。1 钢筋混凝土多层框架房屋结构设计原则1.1 抗震性原则建筑物的抗震性能直接影响业主的居住体验，关系房屋的使用期限。在房屋建筑结构设计中，设计人员应严格秉持抗震性原则，综合考量房屋建筑的安全性与实用性，并全面分析建筑侧移对整个房屋建筑建设品质的影响1。若建筑侧移角度太大，可能引发建筑变形问题，还会损坏隔墙结构与装饰面材料，从而显著降低业主的居住舒适感，增加建筑项目的安全风险。为此，设计人员应注重房屋建筑结构的抗震设计，严格控制建筑的侧移角度，以更好地满足人们的正常居住需求。1.2 均匀性原则钢筋混凝土多层框架房屋建筑框架结构设计人员应秉持均匀性原则，合理控制房屋建筑结构的强度与刚度，综合考量建筑物所处地理环境和使用功能，若施工现场位于繁华的城市商业中心，为高效利用建筑作者简介：马小明，男，硕士，工程师，研究方向为建筑工程结构设计、结构抗震减震。170工程设计 2023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究空间，要在建筑的地下打造较大的空间。针对这种大空间结构的建筑，设计人员首先需要构建一套完整且具体的框架体系，传统建筑设计多采用“框托墙”的建筑结构形式，其抗震性不够理想，已经无法适应现代房屋建筑发展的需求，会导致建筑物在外力的作业下发生局部结构损坏或变形等问题，因此，建议有效运用全墙体系2。1.3 经济性原则房屋建筑项目要遵循经济性原则，以保证建设企业或施工单位获得理想的经济效益。基于此，在钢筋混凝土多层框架房屋结构设计中，设计人员应在确保项目建设质量的前提下，采取有效措施控制项目建设成本，尽可能提高资金利用率。在设计前要科学评估钢筋混凝土多层框架在房屋结构施工中的常用结构费用，准确计算其所需的资金数额，结合单位面积所需资金明确整个结构的施工费用。2 钢筋混凝土多层框架房屋结构设计要点2.1 保证结构设计方案的可行性与合理性在设计钢筋混凝土多层框架结构时，需要重点关注所有平面框架，将其设计成竖向承重体系，保证其具备足够的承载能力，有效承受整个房屋建筑的竖向荷载与水平荷载，并把受力传递至地基。为保证设计方案的科学性，设计人员必须重视结构的规范布置与结构计算参数的准确性。其中，钢筋混凝土多层框架结构涉及的设计参数如下：（1）结构抗震等级。即以房屋建筑的实际抗震设防需求和设防烈度，参照相关规范明确最佳的抗震等级，选用科学有效的抗震设计方式，以保证房屋建筑结构具备足够的抗震性能，进一步提升建筑物的可靠性与安全性。（2）梁刚度放大系数。传统的房屋结构设计主要采用专门的软件模型开展钢筋混凝土多层框架设计，利用矩形截面状态表现梁刚度放大系数，该模型存在一个较大的弊端楼板 T 型截面会导致刚度增大，计算结果不精准，从而使计算刚度与具体刚度不相符，导致房屋建筑结构的抗震剪力不足，埋下诸多安全隐患。对此，设计人员应立足于房屋建筑项目的具体情况，在参数计算中适当放大处理梁刚度，使之与具体施工状况相匹配，从而切实提高结构设计的合理性3。（3）结构周期折减系数。填充墙在框架结构发挥着非常重要的作用，并极大地影响着房屋建筑结构的刚度，设计人员要结合房屋建筑项目填充墙的数量，明确其与框架结构的相对刚度，再结合相关公式计算周期折减系数。为保证整个房屋建筑结构的坚固性，提高建筑的抗震性能，计算刚度必须与建筑物具体情况保持一致，计算周期也不可超出实际周期。（4）基本地震加速度。当建筑物遇到地震时，该参数可以保证建筑结构的稳定性，因此设计人员需要严格按照抗震设防烈度指标明确基本地震加速度。2.2 科学布置框架结构在钢筋混凝土多层框架结构布置环节，设计人员需要基于建筑的实际建设要求和标准，采用合理、可行的柱排列方式，提出切实可行的结构承重方案，还需确保建筑结构受力均匀且合理，从而为后续施工作业的简便、有序开展奠定良好的基础。目前我国房屋建筑工程项目中常见的结构布置方式是先沿着房屋横向方向布置主梁，再沿着房屋纵向方向布置连系梁与板，这种布置方式能让横向框架承受整个建筑结构的竖向荷载，提升横梁的截面高度，从而有效增加房屋的横向刚度。如果钢筋混凝土多层框架房屋建筑项目带有地下室，设计人员必须保证建筑上部结构嵌固位置的合理性。为了保证房屋建筑地下室结构的抗震性能符合相关规范，框架上部结构的嵌固位置可选择地下室顶板，再利用 PKOM 软件进行针对性设计，通过输入地下室以上层数计算得出符合实际情况的抗震结果4。若无法满足建筑抗震规范标准，应将基础顶面作为地下室结构嵌固位置，更好地保证计算结果的合理性。针对没有带地下室的钢筋混凝土多层框架房屋建筑项目，应在基础埋深比较浅的状况下，将房屋中梁柱当作钢筋框架结构，并将基础顶面至一层楼盖顶面的高度作为底层柱的长度。然而，由于实际设计不涉及基础顶面，难以准确判断基础顶面标高，这就需要设计人员查阅相应的资料和数据，在此基础上结合自身设计经验预估基础顶面标高，从而尽可能计算偏差。2.3 严格把控框架结构计算要保证构件截面尺寸的合理性，绘制结构计算简图，准确计算整个建筑结构的内力与荷载，全面分析结构侧移情况。在选择框架的梁柱截面尺寸时，设计人员应先明确结构的延性、承载力及刚度，然后结合自身设计经验选择合适的截面尺寸，多次反复验算框架结构各项参数，尤其是变形与承载性能。框架结构171工程设计工程技术研究 第 8 卷 总第 140 期 2023 年 6 月属于空间结构结构，涉及基础构件、柱、梁及楼板等构件，为更好地保证框架结构设计的可行性，应采用先进的信息技术手段对框架结构加以三维空间分析。在具体设计中，设计人员需要重视对基础连系梁设置位置的优化设计，以提高框架结构的整体性，尽量减少房屋建筑工程的底部位移量5。由于基础连系梁设计只是一种构造设计，不能达到底部柱脚弯矩平衡，若把一层楼盖顶面至基础连系梁顶面的高度设置为 H，不符合建筑要求。要将基础连系梁以下的部分作为底层，H 为连系梁顶面至基础顶面的高度，此时建筑底层就可作为第二层，然后在此基础上依据框架梁对连系梁加以科学设计。2.4 优化强柱弱梁节点设计在钢筋混凝土多层框架房屋结构中，当遇到地震灾害时，柱子是一种极易受到破坏的框架构件，会降低框架结构的稳定性，甚至致使建筑物倒塌。为解决这一问题，设计人员应秉持强柱弱梁原则，注重提高整个框架结构中柱子的承载与变形能力，从而显著增加钢筋混凝土多层框架房屋结构的强度与可靠性，提升房屋建筑的抗震性能。对框架结构而言，柱端截面抗弯矩能力增幅直接关系强柱弱梁强弱，也决定着建筑能否抵御地震冲击。为确保柱的稳定性，设计人员必须保持柱端界面屈服的塑性转动量不超出塑性转动能力范畴，并在保证建筑质量的情况下适当增加柱截面尺寸，将柱线刚度与梁线刚度之间的比值控制在 1以上，保证柱的轴压符合房屋建筑的建设标准，有效增加框架结构的延性。针对截面承载力计算，设计人员可以采用人工的方式合理调整放大柱的设计弯矩，做好加强柱的配筋优化。需要强调的是，梁端纵向受拉钢筋配筋率必须适中，不可超出标准，恰当运用墙柱弱梁方式能有效避免地震作用而致使塑形铰转移到立柱上，而是让塑形转移到梁端。2.5 加强结构抗震设计钢筋混凝土在抵御地震灾害中发挥着极为重要的作用，但只有其具备良好的承载能力，才能更好地保护居民的生命安全。在钢筋混凝土多层框架房屋结构设计中，设计人员需要立足于实际需求，对施工现场施工材料、建筑地震设防烈度、建筑高度、施工技术、建造成本等相关因素加以综合性考量，选择合适的抗震结构体系，必要情况下应增加抗震墙设计，注意不可产生较大的扭转效应。在地震灾害破坏下，钢筋混凝土多层框架房屋结构往往会发生弯曲破坏与剪切破坏等问题，从而极大地降低框架结构的刚度和强度，导致整个房屋建筑结构失稳，引发严重的安全事故。为避免上述问题的发生，设计人员必须加强对钢筋混凝土多层框架房屋结构的抗震设计，秉持强剪弱弯的原则，科学计算和严格控制钢筋混凝土构件和正截面的受弯承载能力对应的剪力，使该数值小于该构件斜截面受剪承载能力，从而显著增强框架结构的抗形变能力。2.6 加强框架结构变形缝设计加强框架结构的变形缝设计，包括沉降缝、防震缝及伸缩缝的优化设计。针对伸缩缝设计，由于钢筋混凝土多层框架房屋建筑项目的长度与宽度比较大，一旦遇到明显的温度变化，将导致框架结构发生改变，极大地增加房顶变形与坍塌风险。为规避这一问题，设计人员需要合理选择基础顶面作为顶点，科学设置不同温度区段分隔，以避免房屋建筑上部结构在温度变化的影响下出现变形问题，更好地保证房屋建筑的使用安全。通常而言，框架结构中不用设置沉降缝，但是如果房屋建筑邻近两部分的高差较大或地基承载力有较大的差异，就要合理设置沉降缝。当钢筋混凝土多层框架房屋建筑的平面较为复杂，且结构刚度与高度存在明显差异时，就需要做好防震缝设计，以隔开邻近部分。3 结束语在钢筋混凝土多层框架房屋结构设计过程中，设计人员应严格遵循抗震性、均匀性、经济性原则，结合房屋建筑的具体建设标准、施工现场的环境特征等，提出科学可行的框架结构设计方案，合理布置钢筋混凝土多层框架房屋结构，并优化强柱弱梁与强剪弱弯设计等，从而切实保障钢筋混凝土多层框架房屋结构的稳固性与安全性。参考文献1 刘晶.房屋建筑钢筋混凝土框架结构设计与应用探析J.住宅与房地产,2019(4):80-82.2 龙帮云,刘殿华.建筑结构抗震设计M.南京:东南大学出版社,2017.3 范涛,杨虹,高涌涛,等.混凝土结构设计M.重庆:重庆大学出版社,2017.4 李伯维,张耀庭.基于Pushover 的多层钢筋混凝土框架结构设计与抗震性能分析J.建筑技术,2016,47(5):392-395.5 苑大欣,于镇.PKPM 关于框架房屋结构设计的参数处理J.建筑设计管理,2016,33(2):63-64,67.