多层框架房屋结构设计方法

多层框架房屋结构设计方法

田晓

河北省水利水电勘测设计研究院集团有限公司   天津  300221

摘要：在框架结构设计理念的基础上，对于多层框架房屋结构设计的方法，一般需要保证结构布局的合理性，采用科学的构件连接方式，有效提高建筑物的承载能力，使其具有良好的抗震性能。为确保建筑物受力具有均匀性，采用科学的结构布局形式，选择合适的连接方法，有利于增强构件在连接时的强度和刚度。因此，本文通过分析多层框架房屋结构的组成情况和运用优势，分析多层框架结构设计中的重点，总结结构设计的基本原则和相关特点，探索多层框架房屋结构设计的应用方法和对策，以期为相关人员提供参考与借鉴。

关键词：多层框架；房屋建筑结构；设计方法

引言：随着城镇化的不断推进，建筑结构的多样性也越来越多，不再是单纯的砖砌体结构，而是逐步向多层和高层的方向发展。随着多层框架房屋结构设计作业的开展，为有效打破结构设计中的局限，当前积极开展多层框架房屋结构设计工作势在必行。通过对设计原则和方法的探究，对完善该项结构设计具有一定的现实指导意义。

1.多层框架房屋建筑结构的组成与优点

1.1组成

运用混凝土浇筑的方式能够形成多层框架房屋结构的基础，可以有效承受房屋本身的重量，促使荷载有效分散，既能够提高房屋的安全系数，也能够维持结构的稳定性。因此，多层框架房屋结构的基础质量以及材料和整体结构的坚固程度，会对主体建筑耐久性和安全性带来直接影响。

墙体属于围护结构的1种，不仅需要发挥隔热、防水、隔音等多重作用，还需要有效承载竖直方向的荷载。砖、钢筋和钢筋混凝土等属于墙体的主要组成部分，外立面的设置起到了保护、装饰等多重作用，一般会运用玻璃、金属、石材等外立面材料，保障房屋的美观性，加大对主体结构保护力度，有效减少腐蚀问题，避免受到风化的影响。

柱、梁和楼板作为多层框架房屋结构中的主体，一般是运用钢筋混凝土或者钢材制作。柱由柱这一立体结构承受竖直方向的荷载，并在建筑的各个角落分布或者处于中心的位置，能够促进荷载的传递，形成有效支撑。梁与柱连接能够促使水平方向荷载的传递，混凝土和钢材属于梁体制作的主要材料，要求材料的刚度和强度符合规定要求。作为房屋中的平台，需要将楼板与梁连接，使其能够承受房屋中事物的重量，如家具、居民自身重量等。

1.2优点

多层框架房屋结构自身重量相较于砖混结构而言，前者质量更轻，在分隔空间时显得更加灵活，不仅可以节省施工材料，也能够将工程平面布置情况作为重要依托，选择更大的空间结构形式，并具备良好的抗震性能，最大程度满足了居民的个性化需求。

在柱结构和梁结构的设计中，一般按照标准化、定型化的建设要求来设计，可以确保拼装施工的整体性，该方法能有效地缩短工期，保证项目的顺利交货，并为项目取得较好的经济效益打下坚实的基础。多层框架房屋结构具有较强的抗震性能，且刚度和整体性比较优良，在浇筑柱和梁时，最终效果能够与设计保持完全一致。图1为多层框架房屋结构的抗震墙。

图1多层框架房屋建筑

2.多层框架的结构设计重点

2.1忽略纵向框架设计

在框架的两个主轴上，需要承受方向侧向力，对地震时产生的水平力形成有效抵抗。为了充分满足抗震设计的要求，在构架设计中，应尽量避免使用简化的计算方法。不仅要在纵向上完善连续梁的设计，还要保证足够的纵向钢筋，通过增加节点梁的数目，保证框架能够满足抗震需求。严禁出现缺少纵轴框架设计的情况，避免部分梁体在支持纵向框架梁时出现负强化的问题。基于足够的纵向钢筋数量，尽管出现地震，也能够保证建筑物的稳定性。

2.2存在短柱问题

随着框架结构施工作业的开展，一旦出现框架短柱的问题，虽然支柱能够被统一建设，但在外部干扰因素的影响下，往往会出现短柱的问题。如果生产工艺太松散，那么在产生抗剪能力和变形能力时，会产生与短柱需求不符的情况，且多层框架结构抗震性能与承载能力也会受到影响[1]。

2.3板配筋不当，形成薄弱层

若形成的应力状态不够完整，对于双向板的建立，若与实际建立的纵向方向钢筋单向板进行对比，前者用力小于后者，容易形成薄弱层，进一步影响结构的横向刚度层接收能力，从而导致建筑物的抗震能力被削弱。

3.多层框架建筑结构设计的原则与特点

3.1原则

3.1.1层层设防

通过层层设防的形式，有效保障多层框架结构设计安全性能，形成对较大外力冲击的有效抵抗。以多肢墙的运用为例，加强对框架剪力墙的运用，分别替代单片墙和框架，彰显层层设防的优势，有效抵抗强大外力，减少对建筑物的危害。

3.1.2突出重点

结合房屋建筑实际情况予以分析，在设计时，应对可能出现的各类情况进行全面的考虑和分析，以外部荷载对受力结构的实际作用及影响为参照点，对框架的设计部位进行适当的调整。

3.1.3刚柔并施

在保证柔性的前提下，多层框架房屋的刚度能够最大限度地发挥建筑的变形性能，并能有效地减小外部荷载的作用。但是，随着外界压力的不断增大，结构的变形将会加剧，最终导致结构的坍塌。多层框架结构要防止刚性过大。如果不具备很好的变形能力，在局部受力过大时，易发生破坏，造成建筑物的破坏。

3.2特点

柱、梁和水平支撑属于多层框架房屋结构中的重要组成部分，对于所构成的框架结构系统，可以运用焊接技术或者螺栓连接技术，确保柱梁结合的紧密性，形成稳定的框架结构，有效增强结构的承载能力。此时，房屋能够承受竖向或水平方向的荷载，全面优化房屋的抗震性能。

结构施工便捷。在框架结构中，可以在工厂预制构件，结构件相对比较独立，在施工现场达到缩减人力成本和施工时间的效果，并为后续的检查维护等环节提供便利。以墙体管道和电线为例，在安装或更换的过程中均能够提高速度。

提高空间利用率。框架结构的跨度相对较大，通过减少房屋内部柱的数量，形成更为自由的室内空间，且结构形式更为灵活，适用于住宅建筑和商业建筑，能够实现对空间的高效利用，充分满足功能方面的需求。

具有良好抗变形性能。在框架结构中，柱与梁具有相对独立性，若出现地震或者在受到外部荷载因素的影响时，可以有效吸收变形，提高房屋整体抗震能力，切实的保障居民的生命财产安全[2]。

4.多层框架房屋结构设计方法与对策

4.1重视基础设计与结构选择

在多层框架房屋结构中，所运用的主要技术形式以独立基础和条形基础为主，需要着重强调基础承载能力的提升，实际有着良好的便携性能，增强地基的承载能力，维持稳定的房屋结构，并满足基础强度方面的要求。

房屋建筑中具有一定的空间结构，对于人力或者外界施加的荷载具有一定的承受力，所以需要保障结构在使用时的安全性。为了选择合适的建筑结构类型，需要结合设计资料和设计方案，满足外观造型、功能等多方面的要求。通过对现场施工条件以及所选用材料类型的综合考虑，保障总体造价合理。

对于基础深度的设计，需要将变形、承载力等标准作为基本参考，并在实用性、经济性等原则的指导下，加大对于成本投入的控制力度，使其处于最小范围之内。在考虑基础土层结构形式之后，通过对每一项标准的全面分析，并综合考虑现场地质、水文等信息，确定合适的持力层，满足地基处理设计标准。

4.2建筑物防震设计

在多层框架房屋结构设计中，所选用的建筑材料应具备良好的韧性，且符合高强度的要求，例如钢结构、钢筋混凝土等等，运用材料良好的延性特征，尽管出现地震，也能够促进能量的吸收与分散，大幅度减少对结构造成的破坏。通过对结构的合理布局，也能够保障房屋整体稳定。以对称结构为例，或者在运用墙体、剪力墙的过程中，应具备较大的横向刚度，在面对地震现象时，可以对水平力有效抵抗，减小结构的倾覆，避免出现较大的位移。

针对地震过程中所引起的地基变形问题，要求设计人员能够提前考虑，采用土工织物或者通过设置基础承台的方法，可有效减少地基的位移。在地震的作用下，根据房屋可能出现的受损情况，运用专业软件通过模拟和评估的方法，为设计人员提供数据支持和便利，确保所制定的设计方案更加合理。

在设置抗震支撑系统时，需要坚持合理化的基本原则，以耐震墙、抗震支撑框架等支撑系统为例，可以促进地震力的传递，使其能够顺利到达地基的深处，使其有效减少结构的振动幅度，确保其破坏程度得到大幅度降低，增强房屋的刚度，使房屋整体具有良好的稳定性。对于房屋的连接部位，可以通过增加钢筋或者采用增加构件截面积的方法，保障加固措施的有效性，使连接部位有着较大的刚度和强度。

4.3加强建筑内力分析

面对水平负载、横向负载等不同的情况，建筑物出现的变化存在一定的差异。将现有规范标准作为参考，对于多层框架房屋结构的设计，需要通过合理的计算与分析，基于不同的负载条件，掌握建筑内力情况，进一步完善构件截面设计。在计算竖向负载内力时，可以采用分层法或者弯矩二次分配的方法。其中，对于后1种方法，一般是通过对各节点弯矩的重新分配，促进有关数据的传递。

对于分层计算方法的运用，通过促进上下层弹性支撑的转变，在变为固定端之后用0.9与线刚度相乘，通过改变弯矩传递的系数（一般为1/3），在各层梁刚度和底层柱刚度不变的情况下，传递系数变为1/2。上述两种方法的运用，均能够促进设计力度的增加，有效满足设计基本要求[3]。

4.4配筋结构设计

4.2.1框架柱配筋设计

在确定框架柱所承受的荷载大小，并在分析结构荷载方向时，需要选择合适的钢筋混凝土柱型，对其截面尺寸予以确定。以框架柱截面尺寸为例，需要从水平、竖直两个方向着手，考虑荷载产生的作用，总结地震力出现的影响，保障框架柱在强度和刚度方面均能够满足标准要求。

通过重点关注框架结构外挑梁的配筋设计，在确定框架柱的配筋率时，需要严格按照设计要求选择。通过掌握钢筋混凝土构件的强度等级，选择合适的受力钢筋型号，使其规格符合要求。影响多层框架房屋结构使用功能和占地面积的因素通常在于挑梁的设计质量，且外挑梁断面和梁断面有着明显的差别，为确保整体结构稳定性，需要通过对外挑梁承载能力的仔细研究，实现对配筋率的科学设置，既要保证整体结构质量，也需要促进承载力的提升。

在配筋设计过程中，需要对框架柱受力特点在于考虑，并综合分析柱的受力性能和延性要求，其中包括受压区和受拉区，总结配筋布置、箍筋设置等情况，考虑纵向与横向钢筋的间距以及实际所运用的连接方式，确保抗压强度与抗拉强度均符合要求，优化钢筋的传力性能。为促进柱的抗震性能的增加，可以采用剪力墙、剪力钢筋等材料，重点考虑柱的延性要求，尽管受到地震力的作用，也需要确保柱具备良好的抗变形能力，基于优良的耗能能力，有效减少房屋结构的损伤。

4.2.2框架外挑梁配筋设计

合理确定梁的净高和净宽。根据房屋的使用功能，综合考虑其设计规范与荷载方面的要求，需要对梁的净高和净宽进行计算。此时，需要对梁的抗弯承载力进行分析，并考虑其中的挠度限值，确保所设计的梁能够承受正常的荷载，或者在出现突发性荷载时也能够有效承受[4]。

通过分析结构的受力特点，总结总体设计要求，在配置横向钢筋与纵向钢筋时遵循合理化的基本原则。纵向主筋的布置需要与横向箍筋连接，可以促进结构整体刚度的提升，使其有着更强的承载能力。对于梁的连接以及在各节点的设计过程中，以外挑梁的连接为例，一般可以采用预埋连接螺栓、连接焊接等多种方式，既要与设计强度要求相符合，也能够确保施工和维护环节的便利。在节点设计期间，应保证钢筋布置的合理性，通过对相关构造的预留，增强节点区域的强度，使其具有良好的稳定性。

对于外挑梁的设计，一般需要运用钢筋混凝土、钢结构等材料，按照房屋结构设计要求，根据总体建筑特点，确保选择的材料合适。为提高外挑梁安全系数，需要在结构的计算和分析过程中遵循详细全面的基本原则。针对外挑梁的受力情况，运用有限元分析方法进行模拟和评估，在正常荷载或者突发荷载条件之下，均能够保障外挑梁的安全性与稳定性。

结束语：在多层框架房屋结构设计过程中，需要明确其中的核心部分，即梁体、柱体以及板面等设计，还需要合理布置结构的总体框架，基于科学的布局形式，增强设计的安全性。为有效解决选型、抗震设计等多方面的问题，需要建立完善的设计方案，保证生产过程的标准化。在正确的设计理念指导下，主动地解决了设计中出现的问题，并对多层框架结构进行合理调整，既要保障结构设计的科学性，也需要坚持工程质量提升这一目标，促进房屋结构设计水平全面提升，为建筑行业的发展带来源源不断的助推动力。

参考文献：

[1]苑大欣,于镇,YuanDaxin,等.多层框架房屋结构设计中的几点思考[J].建筑节能,2022,(04).

[2]胡哲.浅谈多层框架房屋结构设计中的常见问题[J].黑龙江科技信息,2022.

[3]程使用.多层框架房屋建筑结构设计的相关问题分析[J].[2024-05-30].

[4]张树锋,郝艳伟.多层框架房屋建筑结构设计问题探讨[J].装饰装修天地,2022,(04):93-93.