多层钢结构框架建筑结构设计探索

摘要：在多层房屋建筑之中较为常见的是使用框架结构，在高层建筑之中，框架结构单元经常同其他结构单元之间组合，进而构成框架―支撑、框架――筒体等等结构体系，因此而被广泛使用到工民建之中，基于此，本文探讨了多层钢结构框架建筑结构设计相关问题。

关键词：多层；钢结构；框架；设计

中图分类号：TU391文献标识码： A

引言

多层框架结构这是通过横梁以及立柱组成的杆件体系，节点全部或者是大部分都是刚性连接。框架结构这是较为常见的竖向承重结构，通常具备的优点有：简便的结构，方便布置，整体性比砖混结构以及内框架承重结构好，那么形成比较使用空间，施工比较便捷以及较为经济。

1、多层钢结构的特点

钢结构具有良好的承受力，强度高，安全性极好，稳定性强，同时由于工作环境较为复杂，需要经受住多种不良环境的考验，因此，钢结构的这些特点使得钢结构在设计中深受欢迎。目前，多层钢结构的设计在我国厂房工业建设中得到了快速发展，成为一种最广泛采用的建筑设计类型。在进行多层钢结构设计时，需要重视钢结构的焊接特性、支撑体系以及节点构造等方面，充分利用好钢结构的特性，只有这样，才可以设计出合理的多层钢结构，保证正常投入使用。

1.1、重量较轻

设计之时使用钢结构设计，这种材料性能与其他钢材相似，但是重量较轻，可以有效的减少多层钢结构的设计重量。同时，在进行施工设计时，多层钢结构采用轻型的围护设计方案，在安装时，采用的围护材料，以夹芯金属板为主，安装施工操作简便，有效的缩短施工周期，提高施工质量效率。

1.2、钢结构施工周期短

多层钢结构其韧性高，强度大，而且其标准件比较多，特别适合生产线作业。同时，在多层钢结构中，由于多层的特性，具有广阔的厂房空间，因此，可以将重型设备放在厂房中，便于设备生产以及室内施工操作，满足工业的发展需求。

2、多层钢结构框架建筑结构设计

2.1、结构平面、竖向布置问题

为了对框架结构的抗震安全做好保证，设计的框架结构应该具备较好的延性、稳定性、刚度、承载力和耗能等等特性。在进行设计之时，则应该对抗侧力构件作出合理的布置，同时对地震作用之下的扭转效应将逐渐减少；并且确保平面的布置对称以及规则，还应该具备较好的整体性；而结构的侧向刚度则应该确保均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸以及材料强度宜自下而上逐渐减小（不应该在同一层同时改变构件的截面尺寸以及材料强度），有效避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力的变化。而在进行抗震设计的多层框架结构之时，那么就不应该对单跨框架进行使用。如果必须使用的话，那么就可以转变成框架―剪力墙结构而进行设计，多层建筑也可仅仅在单跨方向设置剪力墙。但是后者框架结构部分的抗震等级则应按照框架结构选用，然而剪力墙部分的抗震等级则应该依照框架―剪力墙结构来选择。

2.2、楼面屋盖结构

楼面和屋盖应该具备充足稳定性、强度以及刚度，同时也应该不断减少楼板的厚度，逐渐提升室内的净高。压型钢板―混凝土组合楼盖这是当前有着比较广泛应用的方式，其施工速度比较快，平面刚度比较大，并且可以有效提升房屋的净高。一般的做法是在钢梁之上铺设压型钢板，之后现浇100―150mm的混凝土。在钢梁之上焊接足够的剪力连接件，那么就可以使钢梁和混凝土一起工作而构成楼盖。这种做法会消耗掉较多的耗钢量，并且要求进行防火处理。使用预应力钢筋混凝土薄板代替压型钢板。同时，预应力圆孔板、组合扁梁以及叠合板则也是一种较为普通的型式。

2.3、墙体结构

轻质墙体材料具有较好的隔热保温以及隔声性能等等。因此开发商比较喜欢。当前，墙体结构主要可以分为自承重式以及非自承重式。自承重墙体一般包括有护结构的加气混凝土块、轻钢龙骨加强板、太空板等等，使用到内墙的轻混凝土板、石膏板、水泥刨花板、稻草板等等。而外挂的非自承重式墙体材料一般包括有彩色压型钢板、彩色压型钢夹芯板、玻璃纤维增强外墙板等等。使用非自承重式墙体材料，那么则就应该设置墙梁用以悬挂护结构。门窗洞口上下应该布置。墙梁通常使用的是C或者是Z型冷弯薄壁型钢，其尺寸则是决定于跨度和墙距。

2.4、建筑结构的规则性问题

建筑设计应该符合抗震概念设计的要求，不应该使用严重不规则的设计方案。平面不规则建筑通常划分为三类：扭转不规则；凹凸不规则以及楼板局部不连续。

竖向不规则建筑一般分为三种：竖向抗侧力构件不连续、刚度不规则承载力非均匀变化。

对于结构钢平面的扭转不规则，可以使用计算的方式来实现。刚性楼板假定的情况之下，一旦计算出小震作用之下的楼层最大弹性水平位移和这层两端弹性水平位移之间的平均值比值高于1.2的话，那么就可以断定这是扭转不规则，而比值如果达到1.5的话，那么则就可以确定是特别不规则，而比值高于1.5之时那么就可以断定是严重不规则。那么这个时候计算的弹性水平位置值应该低于规范限制的50%，判断是严重扭转不规则的比值也可以稍微放松一些。计算弹性水平位移（或层间位移）之时，多层建筑可仅考虑双向地震的作用。高层建筑单向地震作用则应该考虑到偶然偏心的影响。最大值以及平均值的计算，全都取楼层中同一轴线两端的竖向构件计算，不考虑楼板悬挑的端部。凹凸不规则或者是楼板局部不连续之时，则应该使用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型。如果楼板平面比较狭长的话，有较大的凹入以及开洞而使楼板有过大削弱之时，楼板则有可能出现明显的平面内变形，此时则应该在设计之中考虑楼板削弱产生的不利影响。比如在结构分析之中考虑柔性或者是弹性楼板计算模型，使用与之相关的楼板加强构造措施等等。对于错层结构，比如说错层高于梁高的话，则应该依照楼板开洞来考虑。

3、多层框架房屋结构设计中需要注意的问题

3.1、独立基础设计荷载取值

一般情况之下，多层框架房屋使用柱下独立基础的形式，但是在《抗震规范》之中明确提出，在地基的主要持力层缺少软弱粘性土层的情况之下，当建筑高度在25米以内并且层数在8层以内的通常民用建筑，那么可以不对地基以及基础的抗震承载力来进行验算。但是在进行基础设计之时应该把风荷载考虑进去。所以，不可以因为通常建筑在地震区风荷载不是控制荷载而忽略了。一些设计师在进行独立基础设计之时，柱脚内力设计值取值存在一定的问题，而只对轴力以及弯矩采取了设计值，但是并没有考虑到剪力，还有些甚至只取了轴力设计值。一旦独立基础的设计荷载取值存在问题的话，那么就会使得建筑结构的不安全或者是材料浪费。

3.2、基础拉梁层的计算模型问题

基础拉梁层在进行框架整体计算之时，通常都是使用TAT或者SATWE等等程序，因为基础拉梁层没有楼板，在计算之时楼板厚度则应该取零，同时定义弹性节点，分析计算式应该使用总刚分析的方法。此外特别应该注意房屋平面不规则这个关键点。

3.3、框架结构带楼电梯小井筒

井筒则就会吸收地震剪力，以至于框架结构承受的地震剪逐渐减小。所以框架结构应该尽量不要设置钢筋砼楼电梯小井筒。如果不可避免之时，则应该适当的减薄井筒的壁厚，同时也可以通过竖缝，结构洞等等方法把其刚度减弱。在计算之时，除过依照框架计算之外，还需要应该按照带井筒的框架进行复核，同时也会把井墙连接的柱子的配筋进行加强。

4、结语

多层框架结构设计员在进行多层框架房屋结构设计之时，不仅仅需要掌握好设计的规范，同时还应该依据自己在工程之中积累的经验，结合设计计算的结果找出合理的结构体系，正确处理结构设计之中存在的问题，这样才可以使得结构的设计质量逐渐提升。

参考文献：

[1]卢小松.多层钢结构框架整体稳定的设计理论[J].钢结构,2002,04:28-31.

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