多层建筑结构设计中框架结构的问题与处理

张高伟

【摘  要】近些年，随着多层建筑项目的增多，该类建筑结构设计中框架结构问题愈发突出。因此，本文结合某多层建筑施工案例，对当前时期多层建筑框架结构的常见问题展开分析。同时提出短柱效应、框架结构荷载取值等问题的解决措施，希望优化多层建筑结构设计方案，完善建筑物整体性能。

【关键词】多层建筑;结构设计;框架结构;问题;处理措施

引言

多层建筑结构设计中，框架结构可利用自身材料投入少、重量小等优势，控制建筑施工成本，减轻建筑物重力荷载。但在多层建筑框架结构设计中，却存在较多问题，影响着建筑整体结构的稳定性。因此，本文对多层建筑结构设计中框架结构常见问题的处理措施做出简单阐述，希望给予相关从业者建议与参考。

1.工程概况

某建筑工程，结构设计为框架剪力墙结构，建筑总面积约为67584立方米，建筑多度为95.8米，分别有两座塔楼、裙楼组成。该建筑工程属于多层建筑，地下两层统一为车库、配电设备用房，地上为居民楼、办公楼、购物广场。由于该工程集商务、住宅为一体，所以结构设计较为复杂，整体设计方案中框架结构设计、施工难度大，面临着较多突出性问题。

2.多层建筑结构设计中框架结构的问题

2.1框架结构设计基本原则

受多层建筑在构成、竖向结构方面，会累积更多荷载力，所以需要用大量的柱结构、墙体支撑建筑荷载。并且由于这类荷载为竖向分布，具有非线性特点，所以多层建筑结构设计中，框架结构应坚持以下原则。首先，结构设计中应建立系统的安全体系，以抵御外力侵袭。所以在框架结构设计中，应避免建筑荷载集中在某一结构中。其次，多层建筑物框架结构柔度不能过强，以免在后期使用中影响建筑结构抵抗外力的能力，出现倾覆、坍塌情况。最后，多层建筑建设中，为确保建筑物稳定性、安全性，需在框架结构设计中，根据各外力因素，设计多道防线，使建筑物可以承受更大外力。

2.2问题分析

其一，短柱效应问题。多层建筑结构设计中，短柱效应是框架结构中较为常见的问题之一，问题产生区域主要集中在窗台端墙、侧柱等位置，影响着框架结构的整体稳定。而造成短柱效应的原因，在于框架结构设计方案不合理时，支撑柱长度不足。从而在建筑框架结构有效长度变短后，使得框架结构外力载荷、承受的刚性强度过大，最终引起建筑物墙体开裂这类问题。

其二，框架结构荷载取值问题。多层建筑框架结构中的荷载取值，需要根据建筑行业内的《抗震规范》明确荷载值数。据了解，在框架结构基础设计中，若地基持力层不存在土壤粘性过高的情况，且建筑物低于25米时，无需在施工前验算地基抗震承载力。但是需要在基础框架结构设计中，提前明确风荷载。而部分设计人员在基础设计中，仅采取柱脚轴力、弯曲等荷载值，没有种植内力设计值的求取，使得后期柱脚内力取值不合理，导致建筑结构安全性能差。

3.多层建筑结构设计中框架结构常见问题的处理措施

3.1选用科学框架结构，解决短柱效应问题

相关人员在多层结构设计中，进行框架结构设计时想，需要结合短柱效应问题产生的原因。通过调整柱子程度、提高其结构强度、合理配置混凝土材料等问题，增强混凝土柱外力荷载。并通过框架结构设计，降低混凝土柱承载力。为此，相关人员需暂用较为科学的框架结构，预防框架结构产生“剪力变形”的风险。同时在框架结构设计方案制定中，选择钢板异形拼接的混凝土柱，完后将钢板焊接为口字型、十字型，借此在框架柱横截面减少的情况下，强化框架结构内混凝土柱抗荷载能力。而对于多层建筑内部的特殊楼层，可使用钢骨混凝土结构，保障建筑结构设计的科学性，提升建筑物抗震性能。除此之外，运用分体柱、钢管混凝土柱同样可有效解决短柱问题，改善多层建筑框架结构抗变性能。

具体来说，框架结构柱设计过程中，若地上基础区域结构柱为圆柱，地下区域可采用矩形结构柱，进而在框架结构施工中，优化施工工序。与此同时，地上圆柱配筋不能小于8根，以增加结构柱承载力，确保框架结构设计的系统性。而对于地下区域矩形框结构柱，在箍筋时需选择“井字复合箍”。如果多层建筑结构设计中，其抗震要求较高，在预防短柱效应时，还应在框架结构中保证结构柱抗震性能。通常情况下，针对“非抗震要求”的多层建筑，框架结构柱截面长度应大于250毫米。但多层建筑结构设计中，抗震要求大于4级后，结构柱截面长度需大于300毫米，抗震等级为1～3级时，截面长度应大于400毫米。

3.2明确框架结构荷载取值，增强建筑物抗震性能

多层建筑结构设计中框架结构荷载取值，影响着建筑物抗震性能。为利用建筑结构抗震结构设计，增强建筑物稳定性，维护住户财产及生命安全。相关人员在多层建筑施工中，需严格按照《抗震规范》，计算框架结构在各区域的荷载。首先，框架结构中，相关人员需根据建筑结构抗震等级将建筑结构分类。比如建筑结构抗震等级为6～8时，在框架结构设计中，应提高结构荷载值数。其次，混凝土框架结构作为多层建筑中，较为常见的结构类型。在利用混凝土框架结构，增强多层建筑抗震性能时，需做好以下工作。其一，在结构设计中合理选用框架结构布置方案，同时提前考虑地震时，结构扭曲、局部区域应力集中的问题，为此，相关人员可将框架梁铺设在同一区域内，且高度保持一致。第二，结合建筑体型、多层建筑结构设计层次等内容，梳理框架结构中，非承重结构、主体结构的关系。最后，获取框架结构荷载值数时，需使用计算机分析多层建筑楼层地震剪力系数、侧向刚度比，以及墙体、混凝土柱、梁板内部配筋的内力设计值。之后可根据相关数据，改进框架结构设计方案。

3.3重视建筑物薄弱成的结构设计，优化薄弱层内框架结构

多层建筑框架结构设计中，需重视建筑物薄弱层的结构设计。具体来说，相关人员可结合建筑物设计图纸，分析薄弱层位置，并建立数据模型、对比设计方案等方式，确定薄弱層定位的准确性。比如，可将该区域内各项参数，录入计算机系统，由建模软件判断、检出薄弱层。而通过框架结构设计，优化薄弱层内框架结构时，应以提高建筑结构抗变形能力为主。一方面，相关人员在薄弱层框架结构设计中，需确保该区域框架形态的规则，以及纵向结构的对称，从而预防建筑结构中存在薄弱层问题。另一方面，若多层建筑框架结构中，已经存在薄弱层，可及时进行加固处理，通过增加纵向钢筋量，改善薄弱层稳定性能，提高建筑框架结构抗荷载能力。

4.结语

综上所述，多层建筑结构设计中，框架结构属于核心设计内容，其设计方案合理性，影响着多层建筑安全及稳定性能。因此，针对多层建筑框架结构中，存在的短柱效应、荷载取值不合理等问题，相关人员需在结构设计中选用科学框架结构、明确框架结构荷载取值，进而增强建筑物抗震性能，延长多层建筑使用年限。

参考文献

[1]王俊霞，梁胜利.设置少量剪力墙的多层框架结构设计方法探讨[J].建筑结构， 2019（A01）：104-108.

[2]李雪平，杨林青，余思平.多层钢筋混凝土框架结构毕业设计步骤[J].山西青年， 2018（17）：22-23.

[3]李翔.框架结构设计在建筑结构设计中的应用研究[J].城市建筑，2019（11）：66-67.

[4]许文贤，孙肃，刘臣.某砖混结构托换成框架结构的设计与施工[C]// 全国结构工程学术会议.2018（05）：1-2.

[5]陈成.浅议工业建筑中钢筋混凝土框架结构的合理设计[J].铝镁通讯，2019（2）：55-58.