多层住宅建筑结构设计中框架结构分析

王振源

摘 要：庞大的人口基数，促使我国住宅建筑需求明显高于其他国家，无形中为建筑行业快速发展创造了有利条件。经过数十年的发展，我国民众经济实力普遍提升，故而越来越重视住宅建筑的安全性、舒适性及功能性，建筑结构设计也因此面对着一些新要求和新挑战。基于此，本文首先进行多层住宅建筑结构体系的简要梳理介绍，进而根据实践，详细分析多层住宅建筑结构设计中的框架结构设计，以期与相关设计人员相互交流讨论，借此提升建筑结构设计水平。

关键词：多层住宅建筑；结构设计；框架结构

1 前言

现阶段大量的农村剩余劳动力都涌入城市寻求发展机会，为了有效满足不断提升的居住需求，大批住宅建筑工程陆续涌现，同时建设用地快速缩减，促使高层、超高层住宅建筑工程越来越多。由于住宅建筑功能多样且复杂，对建筑内部空间分配布局的要求也相对较高，因此必须保证建筑结构设计的科学合理性。框架结构具备抗震性能优越、结构整体性强及空间布局灵活等优势，故而在住宅建筑中，很有必要加强多层住宅建筑框架结构设计的分析研究。

2多层住宅建筑结构体系的探讨

多层住宅建筑的结构类型可以大致分成三类，包括框架轻板结构体系、混凝土空心砌块多层建筑体系以及钢筋混凝土剪力墙结构体系。其中框架轻板结构体系主要结构为非承重墙以及混凝土框架，非承重墙则是由非粘土砌块、混凝土砌块、陶粒混凝土轻质两面光条板以及陶粒空心砌块等构成。混凝土空心砌块多层建筑体系最容易出现的问题就是水的渗透问题，如果采用双面抹灰降低雨水的渗透作用，就会大大提高抹灰量，导致工成本增加，而且非常容易出现开裂以及鼓包问题。钢筋混凝土剪力墙结构体系是通过现浇钢筋混凝土墙进行内外墙的施工，能够预制墙板，确保墙体的保温性能。

3多层住宅建筑框架结构设计应用

3.1工程概况

本次工程的建筑所处的地域温度每年最高温度不超过33℃，最低温度不低于-27℃，在21m以上的土层为轻质粘土，同时要求建筑的抗震等级能够达到VII级。建筑的总层数为六层，划分成三个单元，每个单元配备电梯以及安全通道，采用的建筑风格具有现代性的特征。

3.2多层住宅建筑框架结构设计要点

3.2.1建筑整体的规则性

在对建筑整体进行设计时，框架结构要具备科学性，满足建筑对于抗震性能的要求，这就需要在进行建筑结构的设计时，使整体建筑结构保持规则。如果建筑要求采取不规则的设计，那么就需要对建筑的每一个结构的性能进行强化，尤其需要处理不规则的区域，但是也不能将建筑设计得严重不规则。在进行框架结构设计时，结构的规则性是必须注意的，但是在实际情况中，可能会遇到众多的不规则性问题，包括楼层承载力水平骤变、结构扭曲不规则、楼板局部连续性不足、凹凸不规则、结构竖向抗侧力構件连续性不足以及侧向刚度不规则等问题。所以在进行框架结构的设计期间，尤其需要重视布置的建筑结构的规则性，从而降低后期不规则性问题的出现，避免对建筑整体的抗震性能造成不良影响，也可能会导致工程投入的增加。当设计人员在对建筑结构进行设计时，需要按照专业的角度全面分析建筑的框架结构，并且还可以与结构工程师进行设计方案的讨论，如果建筑结构在设计过程中出现不规则的设计，一定要验证该部分设计能否满足设计规范中的要求。而且为了确保建筑结构整体的抗震性能，还要对该部分结构进行强化，例如，可以使用阻尼器装置来强化框架结构。

3.2.2框架结构的布局设计要点

在进行多层住宅的建筑设计时，各个结构之间要合理地进行布局，这主要指的是楼层高度、楼面、房间布局、屋面、通风效果以及采光等。完成框架结构的初步设计之后，还需要提供全面的建筑信息，包括建筑的剖面图、正立面、侧立面、首层平面图、标准层平面图以及正面图、建筑样图以及建筑设计说明书。

3.3框架结构建模参数科学性分析

建筑框架结构设计时需要重视设计方案的合理性，可以在设计方案完成后，通过建模来展现出建筑结构的最终效果，这种方式能以更直观的方式显现出框架结构设计方案的问题，方便设计人员对设计方案的调整和优化。随着我国建筑行业的发展，针对建筑结构的建模软件也在不断地完善，软件的功能也不断强大，对于框架结构建模中参数的分析与计算也更加的高效。尤其是使用软件来对建筑中的复杂框架结构进行计算，可以应用有限元法进行分析和计算，从而使参数设计的准确性提高。但是在使用该方法进行计算时，需要按照不同项目来进行调整，应用精确的有限元计算边界条件和计算标准。进行框架结构参数的计算时，我国已经明确规定了应用计算机结果的要求，当进行参数的计算获取结果后，不能直接应用参数，而是需要人工进行结果的验证，在验证数据参数的合理性后，才能够进入到下一环节中使用。这一部分就需要设计人员有足够的分析处理能力以及设计规范掌握能力，这样才能确保所采取的结构参数的合理性。

3.4框架结构的配筋设计要点

从目前多层建筑结构框架柱的情况来看，大多数的框架柱应用的是低配筋率的设计。在进行建筑框架的设计时如果采用0.8%的构造配筋率进行配筋设计，最终的配筋率可能会与额定标准具有较大的偏差，导致建筑的承重无法满足我国的住宅建筑标准，所以没有进行应用。当发生地震时，建筑结构中的边柱为双向偏心受压，如果在进行建筑结构的设计时，利用软件系统来计算钢筋数量，那么很有可能由于考虑不全面，导致达不到建设要求的配筋率。

因此，为了使框架结构配筋设计工作能够满足施工要求，首先，需要全面的考虑建筑结构投入使用中的不良因素的影响，例如，需要明确处于地震时建筑框架的细节参数，或者采用双向计算结果中最大值，这样配筋设计才能够达到要求。

其次，要调整单边钢筋数量以及框架柱的宽度，如果框架柱的宽度达不到45cm，需要至少设置3根的钢筋材料；框架柱的宽度处于45～75cm时，至少设置4根的单边钢筋；框架柱的宽度处于75～90cm时，就需要设置至少5根的单边钢筋。此外，框架柱的配筋率需要提高，放大倍数可以控制在1.2～1.6倍之间，如果作为角柱，需要至少放大1.4倍以上，而作为边柱，放大倍数可选择1.2倍。

最后，还需要根据建筑地基的沉降情况进行分析，如果施工区域为软土地基，那么最终的配筋率应该根据情况提高倍数，在进行框架柱的箍筋时，优先采取井字形或者菱形，这能提高钢筋绑扎的效果。

3.4.1梁裂缝宽度设计

梁裂缝宽度关系着整体框架结构的稳定性，所以在对梁裂缝宽度进行设计时要选择合适的设计标准，在进行多层建筑框架结构方案的制定过程中，可以通过调节受力筋材料截面以及配筋率来实现梁裂缝宽度的控制。在框架结构能够达到配筋率以及受力筋材料洁面的前提下，还需要调整梁端斜截面强剪弱弯要求的配筋率。我国已经制定了明确的技术应用标准，在进行框架结构的设计时，需要明确柱截面尺寸，使其处于要求的范围内。此外，还可以通过工作经验来初步预估构件的尺寸，使柱线刚度与梁线刚度的比值大于1，这样也有利于提高梁端的可塑性，使连接位置保持弹性，而柱维持非弹性状态，这样在发生地震灾害时，能够起到更强的抗震效果。所以，在开展设计工作时，需要在满足上述标准的前提下来设计尺寸参数，并将最终的参数信息上传至处理系统中，如果在建筑中柱与梁的设计采取构造配筋的形式，那么就可以基于上传的信息计算梁裂缝宽度与柱轴压的比值，从而截面尺寸计算更加准确。如果通过计算梁超筋或裂缝宽度指标已经超过标准参数，而且存在柱的轴压比值数据不处于正常的范围，或是配筋率不在正常范围之间，这些都需要增加截面的尺寸，然后再进行计算。也可以将上述的具体信息上传至软件系统中，这样通过系统就能够完成配筋率数据的计算处理。

3.4.2梁端斜截面配筋设计

在开展多层建筑框架结构的方案设计过程中，一定要重视地质灾害可能造成的影响，使正截面的负弯承载力水平小于梁端斜截面受剪承载力水平。在实际开展设计时，还要使负弯矩钢筋能够调节，提前预留出能够调节的空间，从而使梁跨中的受拉钢筋能够有足够的放大倍数。在整个弯起钢筋的设计过程中，所有的设计都需要满足技术标准。

3.5基础持力层级换填处理设计要点

我国多层建筑住宅框架结构基础大多采用两种形式，包括独立基础以及条形基础。需要充分地分析该区域内的地质勘察报告，全面收集信息，选取基础持力层，从而确保持力层选取的科学性，而且能够利用持力层对形变情况的抵御能力，以及荷载能力。基础底标高需要处于冻土深度线以下，这样在后期能够降低建筑基础实力层发生沉降的概率，也能够避免受到土层冻、融过程的影响，从而降低建筑结构发生裂缝现象的概率。如果建筑施工区域内具有复杂的地基情况，所采取的基础设计标高在池粒土层以上，那么在进行施工时就需要将持力土层进行换填，采用具有足够强度的砂石进行换填处理，并且需要验算出现不均匀沉降问题的概率。

3.6多层住宅建筑框架结构设计需注意的几点问题

当前，在我国城市化进程中，多层住宅建筑已经成为了主流建筑类型之一。据不完全统计，多层住宅建筑在我国建筑领域中的占比已经超过了50%，并且随着城市化程度不断提高，多层住宅建筑的比重还将继续增加。

在多层住宅建筑的结构设计中，框架结构具有非常重要的地位。框架结构作为一种主流结构型式，其具有刚性强、施工方便、经济实用等优点，因此被广泛运用于各类建筑中，尤其是多层住宅建筑。同时，在我国建筑市场中，由于土地资源的稀缺和户型利用率的要求，多层住宅建筑的设计往往需要满足结构简洁、使用面积最大化等需求，这就更加需要采用框架结构的设计方案。因此，框架结构可以说是多层住宅建筑结构设计中不可或缺的一部分，具有非常重要的意义。

为全面保证多层住宅建筑框架结构设计的科学性与可行性，应当依照以下几点原则和注意事项开展设计工作：遵循设计的完整性与统一性原则，保证多层住宅建筑框架结构设计的科学性和可行性，最重要的原则是遵循设计的完整性和统一性原则。这意味着，在设计过程中应该考虑到结构的整体性，将结构设计作为一个整体来考虑，而不是仅仅关注单个部分的设计。此外，还需保证各个设计方案之间的协调性和统一性，确保整个建筑结构的协调性和稳定性。

短柱构造是在多层住宅建筑框架结构设计中经常采用的技术之一，其主要作用是增强建筑结构的承载力和稳定性，在抗震、抗风等方面具有良好的效果。在多层建筑中，由于中间层比较容易出现支撑不充分的情况，因此采用短柱构造可以有效地解决这个问题。此外，短柱构造还可以提高建筑结构的整体刚度，减小建筑变形，并能够利用空间降低造价。

薄弱层是指建筑结构中容易出现损坏或破坏的部分，如板、墙等。在多层住宅建筑框架结构设计中，优化薄弱层设计意味着要在这些容易损坏的部分进行特别的加固处理，以确保建筑结构的可靠性和安全性。这种优化设计可以有效地提高建筑结构的整体抗震性能和承载能力，同时降低结构变形和崩塌的风险。因此，优化薄弱层设计对于保证多层住宅建筑框架结构设计的科学性和可行性具有非常重要的意义。

4 结论

以上文章通过框架结构设计在多層住宅建筑工程中的具体应用，详细分析了框架结构布局、框架结构配筋以及基础持力层及换填处理等各个重点环节的设计要点。因为住宅建筑是民众安身立命的重要场所，建筑结构设计的科学合理性与民众生活品质和人身与财产安全息息相关，因此很有必要不断提升住宅建筑结构设计水平，以便为建造高品质住宅建筑工程奠定基础。

参考文献

[1]葛军，邸春香.多层住宅建筑结构的发展与分析[J].城市建设理论研究：电子版， 2012.

[2]梅世强，吴波，毛凯，等.某多层住宅建筑结构标准化设计探索[J].钢结构，2018，33（2）：51-55.

[3]廖俊涛，陈伟.多层框架住宅结构设计的注意事项探讨[J].中国新技术新产品，2014（6）：27-28.

[4]杨国君.多层框架房屋建筑结构设计要点[J].河南建材，2022（1）：87-89.

[5]潘建伍.某多层框架住宅倾斜对上部结构影响分析[J].低温建筑技术，2014，36（12）：47-49.