多层框架房屋建筑结构设计问题探讨
【摘要】多层框架结构具有结构布置灵活、传力明确、整体性和抗震性好等优点，可适合多种工艺与使用功能的要求。
但在框架结构设计中仍存在着一些概念性和实际性的问题，需要设计人员予以高度重视，文章对多层框架房屋建筑结构设计进行了探讨。
毕业论文网 /2/view—12108380.htm 【关键词】多层框架；房屋建筑；结构设计 钢筋混凝土多层框架结构由于具有结构灵活、结构传力明确、整体性强和抗震能力强等诸多优点被广泛应用。
虽然该种结构形式看上去比较简单，但设计时若把握不好就会出现很多问题，以下是多层框架结构设计中的经验总结。
一、框架结构概述 1、多层框架结构布局 结构平面布局和立面体系使各部分刚度均匀对称，要简单规则，减少结构产生扭转的可能性。
尽量统一柱网及层高，减少构件各种规格，做到简化。
限制框架结构的高宽比。
应考虑温度变化和混凝土的收缩、地基不均匀沉降等影响。
2、框架尺寸及材料强度 框架梁、柱截面尺寸应根据刚度、承载力及延性等要求确定。
初步设计时，通常由经验或估算先选定截面尺寸，以后进行变形、承载力等验算，检查所选尺寸。
梁截面尺寸确定：框架结构中框架梁的截面高度hb可根据梁的计算跨度lb、活荷载大等，按hb=（1/18～1/10）lb确定。
为了防止梁发生剪切脆性破坏，hb不宜大于1/4净跨。
主梁截面宽度可取bb=（1/3～1/2）hb，且不宜小于200毫米。
为了保证梁的侧向稳定性，梁截面的高宽比（hb/bb）不宜大于4。
二、多层框架结构房屋的设计 1、计算单元的确定 框架结构房屋是空间结构体系，一般应按三维空间结构进行分析。
但对于平面布置较规则的框架结构房屋，为了简化计算，通常将实际的空间结构简化为若干个横向或纵向平面框架进行分析，每榀平面框架为一计算单元。
就承受竖向荷载而言，当横向（纵向）框架承重，且在截取横向（纵向）框架计算时，全部竖向荷载由横向（纵向）框架承担，不考虑纵向（横向）框架的作用。
当纵、横向框架混合承重时，应根据结构的不同特点进行分析，并对竖向荷载按楼盖的实际支承情况进行传递，这时竖向荷载通常由纵、横向框架共用承担。
2、框架结构计算简图 在框架结构的计算简图中，梁、柱用其轴线表示，梁与柱之间的连接用节点表示，梁或柱的长度用节点间的距离表示，框架柱轴线之间的距离即为框架梁的计算跨度；框架柱的计算高度应为各横梁形心轴线间的距离，当各层梁截面尺寸相同时，除底层外，柱的计算高度即为各层层高。
对于梁、柱、板均为现浇的情况，梁截面的形心线可近似取至板底。
对于底层柱的下端，一般取至基础顶面；当设有整体刚度很大的地下室；且地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部结构楼层侧向刚度的二倍时，可取至地下室结构的顶板处。
当上层柱截面尺寸减小但其形心轴仍与下层柱的形心轴重合时，其计算简图与各层柱截面不变时的相同。
当上、下层柱截面尺寸不同且形心轴也不重合时，一般采取近似方法，即将顶层柱的形心线作为整个柱子的轴线，在框架结构的内力和变形分析中，各层梁的计算跨度及线刚度仍应按实际情况取；另外，尚应考虑上、下层柱轴线不重合，由上层柱传来的轴力在变截面处所产生的力矩。
3、框架结构上的荷载 作用在高层建筑结构上的荷载有水平荷载和竖向荷载。
竖向荷载包括恒载和楼面活荷载，水平荷载包括风荷载和水平地震作用。
楼面活荷载作用在高层框架结构上的楼面活荷载，可按《荷载规范》根据房屋及房间的不同用途取用。
4、水平荷载作用下内力计算 水平荷载作用下框架结构内力可用D值法、反弯点法等简化方法计算。
其中D值法的计算精度较高，当梁、柱线刚度比大于3时，反弯点法也有较好的计算精度。
D值是框架结构层间柱产生单位相对侧移所需施加的水平剪力，可用于框架结构的侧移计算和各柱间的剪力分配。
D值是在考虑框架梁为有限刚度、梁柱节点有转动的前提下得到的，故比较接近实际情况。
影响柱反弯点高度的主要因素是柱上、下端的约束条件。
柱两端的约束刚度不同，相应的柱端转角也不相等，反弯点向转角较大的一端移动，即向约束刚度较小的一端移动。
D值法中柱的反弯点位置就是根据这种规律确定的。
层间剪力使梁、柱产生弯曲变形，引起的框架结构侧移曲线具有整体剪切型变形特点；倾覆力矩使框架柱产生轴向拉、压变形，引起的框架结构侧移曲线具有整体弯曲型变形特点。
当框架结构房屋较高或其高宽比较大时，宜考虑柱轴向变形对框架结构侧移的影响。
5、框架结构的内力与位移计算 分层法：竖向荷载作用下框架结构的受力特点及内力计算假定不考虑框架结构的侧移对其内力的影响，每层梁上的荷载仅对本层梁及其上、下柱的内力产生影响，对其他各层梁、柱内力的影响可忽略不计。
应当指出，上述假定中所指的内力不包括柱轴力，因为某层梁上的荷载对下部各层柱的轴力均有较大影响，不能忽略。
分层法计算要点：将多层框架沿高度分成若干单层无侧移的敞口框架，每个敞口框架包括本层梁和与之相连的上、下层柱。
除底层柱的下端外，其他各柱的柱端应为弹性约束。
为便于计算，均将其处理为固定端。
这样将使柱的弯曲变形有所减小，为消除这种影响，可把除底层柱以外的其他各层柱的线刚度乘以修正系数0.9。
用无侧移框架的计算方法计算各敞口框架的杆端弯矩，由此所得的梁端弯矩即为其最后的弯矩值；因每一柱属于上、下两层，所以每一柱端的最终弯矩值需将上、下层计算所得的弯矩值相加。
在上、下层柱端弯矩值相加后，将引起新的节点不平衡弯矩，如欲进一步修正，可对这些不平衡弯矩再作一次弯矩分配。
如用弯矩分配法计算各敞口框架的杆端弯矩，在计算每个节点周围各杆件的弯矩分配系数时，应采用修正后的柱线刚度计算；并且底层柱和各层梁的传递系数均取1/2，其他各层柱的传递系数改用1/3。
在杆端弯矩求出后，可用静力平衡条件计算梁端剪力及梁跨中弯矩；由逐层叠加柱上的竖向荷载和与之相连的梁端剪力，即得柱的轴力。
弯矩二次分配法计算步骤：根据各杆件的线刚度计算各节点的杆端弯矩分配系数，并计算竖向荷载作用下各跨梁的固端弯矩。
计算框架各节点的不平衡弯矩，并对所有节点的不平衡弯矩同时进行第一次分配。
将所有杆端的分配弯矩同时向其远端传递。
将各节点因传递弯矩而产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配，使各节点处于平衡状态。
至此，整个弯矩分配和传递过程即告结束。
将各杆端的固端弯矩、分配弯矩和传递弯矩叠加，即得各杆端弯矩。
系数法：采用上述两种方法计算竖向荷载作用下框架结构内力时，需首先确定梁、柱截面尺寸，而且计算过程较为繁复。
系数法是一种更简单的方法，只要给出荷载、框架梁的计算跨度和支承情况，就可很方便地计算出框架梁、柱各控制截面内力。
结语 结构设计中会遇到诸多，需要设计人员积累经验利用正确的概念进行设计。
多层框架房屋建设对于我国建筑行业发展意义重大，因此，本文研究具有非常重要的现实价值。
参考文献 [1]徐秀丽.混凝土框架结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2008（09） [2]吕晓寅.混凝土房屋结构设计[M].北京：清华大学出版社，2009（05）。