多层内框架结构房屋室内增层设计

多层内框架结构房屋室内增层设计

梁宝欣

佛山南方建筑设计院有限公司528000

摘要：在合理的高度和层数的情况下,框架结构能够提供较大的建筑空间，其平面布置灵活,可适合多种工艺与使用功能的要求。但是,在框架结构设计中，仍然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，以确保结构设计质量。本文针对多层框架房屋结构设计中的相关问题进行了探讨，并以多层内框架房屋内增层设计实例,本设计中新增楼盖采用π形断面梁,解决了新增加梁与旧柱连接处节点设计复杂,施工困难的问题,给增层设计时有一定参考价值。

关键词：建筑物；室内增层；加固

0引言

随着我国经济的不断发展，城市基础设施建设和房地产市场取得了突飞猛进的发展。城市住房建筑的多样化趋势，以及城市住房建筑施工技术的提升，使得多层框架房屋结构设计这种新型设计方式在商品房开发中被普遍的运用。目前，多层框架结构设计已广泛应用于民用住宅、工业厂房及其它建筑物的设计当中，本文结合设计实践，对多层框架住宅结构设计的要点及要注意的问题提出了笔者看法，下面进行阐述。

1多层框架结构的组成与布置

1.1多层框架结构的组成

框架结构由柱和梁组成，通常柱子垂直进行布置，梁水平进行布置。由于排水的需要，可将屋面布置成斜梁的形式。梁与柱的连结处通常是刚性连接，不过有时为了施工方便，可以考虑将一部分节点做成半铰节点或铰节点。若梁、柱之间全都是铰接，则称之为多层排架。采用刚性连接的梁比较节约材料，并且可以保证构件的横向刚度，横梁的高度也比较小，结构形式相对经济。柱支座通常是固定支座，如有必要也可设计成铰支座。框架可以等跨也可以不等跨，层高也没有硬性规定，可以相等或者不完全相等。框架结构是高次超静定结构，既受竖向荷载作用，也受到侧向作用力的作用。为便于结构受力，框架梁适宜拉通、对直，框架柱上下进行对中，梁柱轴线保持在同一个竖向平面内。有时出于建筑造型或使用功能上的考虑，也可将框架结构做成抽梁、抽柱、外挑、内收等结构形式。框架结构一般有三种，格构式、实腹式以及混合式框架。实腹框架梁的横截面通常是矩形截面或者梯形截面。实腹式框架具有外形美观，制造简单和施工方便以及安装省工的优点，但是其材料的利用率偏低。若结构跨度比较大，使用格构式框架。格构式框架的刚度相对较大，用钢量较省，但其制造加工与安装较复杂。混合式框架的横梁是格构式、柱是实腹式，其目的主要是为了减轻横梁的自重，增加结构的刚度。在框架结构当中，常常由于功能的需要而设置位置比较固定、用砌体填充的非承重隔墙。如果考虑到建筑功能可能发生的变化，也可以用轻质分隔墙进行灵活分隔。在框架施工完后才能砌统砌体填充墙，并且砌体填充墙顶部和框架梁部底之间的缝隙必须用砌块“塞紧密封”有两种方法对墙与框架柱进行连接：①在柱和墙之间留缝，用钢筋进行柔性连接，计算的时候认为填充墙不会对框架抗侧刚度造成影响；②进行刚性连接，在常见水平地震的作用下，框架发生侧向变形的时候，填充墙相当于斜压杆，间接提高框架抗侧移的能力，在罕遇的水平地震作用下，填充墙对防止倒塌也能起到一定的作用。

1.2框架结构分类

根据使用材料的不同，可以将框架结构分为混凝土结构、钢结构和钢骨混凝土结构。由于造价低，取材方便，耐久性能好，可模性良好等优点，混凝土框架结构在我国应用广泛，目前钢筋混凝土结构是我国绝大部分的框架结构。可通过对框架梁施或者整个框架结构施加预应力来达到节省材料和减小梁高的目的。钢框架结构通常是在工厂进行预制钢梁、钢柱，然后运送到施工的现场再进行组装连接成框架整体，其自重轻，抗震性好，机械化程度高，施工便捷等优点，但是用钢量大，耐火性较差，造价与后维修的费用高于混凝土框架。目前我国的钢框架应用还不怎么广泛，但是随着我国钢产量的快速增长，品种增多，钢结构的设计与施工技术地不断提高，钢框架的应用具有良好的发展前景。除此以外，还可使用钢骨混凝土框架结构。在结构受到较大作用，尤其是多发地震区的高层框架结构当中，钢骨混凝土由于其良好的受力性能受到越来越多的工程师的青睐。

2多层框架结构房屋地基基础设计要点

（1）首先要熟悉地质勘察报告的内容，大致了解勘察结论以及计算指标可靠程度，联系拟建框架房屋的实际情况对场地工程地质条件进行综合分析。（2）在满足承载力要求和变形要求的前提下，尽可能选择较为经济的天然地基上的浅基础。地基基础及上部结构的整体性作为进行地基持力层选择的出发点，并对场地中土层的分布情况及稳定性、土层的应力、应变等物理力学性质，建筑物的外形、结构类型以及荷载分布的情况进行综合考虑，还要对地下水的影响加以考虑。（3）多层框架房屋通常使用独立基础或条形基础。根据地基承载力及变形情况确定基底的尺寸，然后验算基础截面设计。（4）进行地基处理时，要结合当地的工程经验，综合考虑地质报告条件和水文地质条件选择合适的地基处理方法。

3多层框架结构房屋上部结构设计要点

3.1确定截面尺寸进行框架结构设计

就是选择梁、柱截面的尺寸，遵循“强柱弱梁强节点”的设计原则，所选截面的尺寸要在规范规定的取值范围取值，梁与柱的线刚度之比不得大于1，避免梁端在罕遇地震作用下形成塑性铰时，柱端发生屈服。

3.2梁、柱的适筋率

无论何种情况，配筋率都必须满足规范规定的最大及最小配筋率的要求。其中的适中原则是框架梁在设计中应该采取的原则，通常配筋率为0.4~1.5%；框架柱的纵向受力钢筋配筋率为1~3%。

3.3框架柱配筋的调整

通常情况下架柱的配筋率比较低，甚至有时仅进行构造配筋。受地震作用时，由框架柱承担最大的扭转剪力及双向弯矩，此时横梁的约束较小，在正常工作状态下其受压为双向偏心，故边柱震害比内柱大，尤其是框架柱质量分布不均时，因此应选择最不利的方向进行框架计算。为了使框架柱在多种内力的组合作用下满足强度要求，在进行配筋计算的时候还需要注意下面几点：（1）由于在组合地震作用下会产生偏心受拉，边柱、角柱以及抗震墙端柱内纵筋的总截面实际面积应在计算值的基础上增大25%。（2）为了增强箍筋的约束作用，框架柱箍筋的形式应该选取井字形或菱形。（3）二、三级框架结构底层的柱底与底部加强部位的纵筋使用焊接。另外，多层框架电算时通常不考虑基础不均匀沉降及温度应力的影响，当多层框架结构的水平与垂直尺寸较大并且软弱土厚度或者较大地基的土质不均匀时，可以相应增大框架柱的配筋，并在纵、横两个方向上布置基础梁。

3.4框架梁的裂缝宽度和斜截面配筋的调整

即使梁柱截面的尺寸与配筋率都达到要求，依旧需要对梁裂缝的宽度进行验算并在“强剪弱弯”条件下调整梁端斜截面的配筋。（1）裂缝宽度的影响因素以及调整方法裂缝宽度的影响因素主要有构件混凝土强度等级和钢筋级别及其直径。对与普通混凝土构件来说，混凝土强度等级的提高对减小梁裂缝的宽度意义不大。为了减小梁的裂缝宽度，通常情况下采用增大截面或加大配筋率的方法。（2）弯矩调幅的规范规定，只有在竖向荷载的作用下才可对梁端弯矩进行调幅。

4框架结构设计中的其它问题

（1）框架结构中不得出现两种不同的结构型式，楼、电梯间及局部突出屋顶的房间，不得使用砖墙承重。框架结构是柔性结构，而砖混结构则是刚性结构，同时使用会造成结构的变形不协调。（2）采取构造措施对短柱进行加强：尽量降低短柱的楼层约束：增加箍筋配置；箍筋的间距在短柱范围内不得超过100mm；柱纵向钢筋的间距不得超过150mm；采用箍筋类型良好，如复合螺旋箍筋与双螺旋箍筋等。（3）由于建筑的需要，有的时候框架梁需要外挑，且在梁下设置钢筋混凝土柱。在进行柱的内力及配筋计算的时候，一些设计人员将其误认为构造柱且其配筋按构造配筋，这样很有可能造成受水平荷载的作用承载力不足，形成事故隐患。事实上，此柱应该是偏心受压构件。（4）不得在设计中任意加大主筋的面积，或者是为简化构件而对截面统一设计，以免导致结构的某些部位出现相对薄弱。（5）对框架梁的下部填充的构造措施，若填充墙长度超过5m，墙顶和梁应采取拉接措施；若墙的高度大于4m，应在墙高中部设置钢筋混凝土水平墙梁。

5实例分析

5.1工程概况

某建筑物建于1988年，建筑面积为4600m2，原为二层三跨钢筋混凝土内框架结构房屋，外墙厚240mm，层高为6.3m，楼（层）盖均为现浇钢筋混凝土单向板肋梁结构，跨度为6.9m，柱距（次梁跨度）亦为6.9m。1998年因改变使用用途，需扩建和改建，以满足新的使用功能。该建筑物原为汽车站候车室，根据新的使用要求、底层改造为售票大厅，大厅保持原建筑物层高，其它改建为售票、票据及办公用房，为充分利用原建筑物室内的空间，决定在标高3.15m和9.45m处增加两层楼盖，做室内增层设计。新增层后荷载变化较大，对原结构影响很大，所以在对原建筑物进行全面检测鉴定的基础上，进行了增层设计。

5.2增层结构设计方案

房屋室内增层的基本结构形式一般有分离式，整体式、吊挂式、和悬挑式等四种[1]。分离式室内增层是指室内增加新的承重结构体系，四周与旧房完全脱开，新加部分可做成框架承重体系和砖混结构承重体系。这种结构体系为内套开口房屋，对抗震不利。吊挂式室内增层是采用吊挂式结构把增层荷载传至其上一层楼（层）盖，而悬挑式室内增层是指用悬挑结构把荷载传至原建筑物，这两种方法均是在室内不允许立柱、立墙时采用，且需要对原建筑物进行大面积加固处理。根据该建筑物实际受荷情况，这两种方案显然不适合该建筑物室内增层。整体式室内增层是指室内增层时将室内新增承重结构与旧房结构连在一起共同承担房屋增层后的总竖向荷载和总水平荷载，它可利用旧房墙、柱和基础潜力、整体性好，有利抗震，缺点是有可能需对旧房进行加固。经检测和调查原始资料，原内框架柱断面为360mm×360mm，内配纵筋4Υ14，箍筋Υ6@200，外边用120mm厚砖砌成八角形。施工时也是先浇注混凝土柱，后砌外围砖柱，故该外围砖不参与承受荷载，只起装饰作用，另外，由于该建筑柱网尺寸和层高较大，3600×3600mm钢筋混凝土柱外砌八角砖柱后，外观断面尺寸较大，给人以安全感。设计时，柱没有考虑承受水平荷载，并只按轴心受压进行计算。如果按现行规范并考虑抗震进行验算，即使不增层，原柱承载力也不能满足要求，需对其进行加固处理，原柱下为独立毛石混凝土刚性基础，按现行设计规范进行验算，其承载力亦不能满足要求，需进行加固处理。既然原建筑物柱，基础均需加固，那么，选用整体式室内增层方案进行新增层结构设计便是最优方案。

5.3增层结构设计

经过比较，原柱采用把外围砖柱打掉，改做钢筋混凝土外包加固，即四周加大截面法加固。基础采用树根桩加固，柱下端伸入桩基承承台中，柱上端纵筋穿过楼板与上层柱连通。加固后柱断面为660mm×660mm，与原外包柱断面尺寸相当。增层楼盖采用主次梁楼盖结构体系。梁中纵筋与柱连接处构造比较复杂，如需在支座处柱外围加套箍或在柱上打眼做锚固处理等，尤其是该工程主梁负弯矩钢筋配筋量较大，设计施工均较困难，经过反复论证，结构柱的加固，把梁断面由常用的矩形改为π形，两上肋的宽度与柱加固时加大的断面尺寸相吻合，节点处理与新建框架柱节点一样，纵筋的锚固问题迎刃而解，节点整体性好，节约了材料，方便了施工。次梁在梁肋间连通，增强了主梁两个肋的整体性。另外，依据抗震设计规范，还考虑了抗震加固，设置了加强了抗震墙，在主梁梁端下设置了钢筋混凝土多功能构造柱。

6结束语

随着现代社会的快速发展，建筑造型和建筑功能日趋于多样化，无论是工业建筑还是民用建筑，建筑框架结构设计作为现行比较常用的实际模式，已经广泛应用在各类建筑中，在结构设计中遇到的各种难题也日益增多，所以而作为一个结构设计者需要在遵循各种规范下大胆灵活的解决一些结构方案上的难点、重点的同时，还必须注意上述的一些在框架结构具体设计过程看似简单，却容易忽视的问题。

参考文献

[1]混凝土结构加固技术规范(CECS25∶90)中国计划出版社,1991.

[2]广东房地产业咨询部、广州旧房立框增层实践的回顾与建议,见全国第二届建筑物增层改造论文集,郑州;1992.

[3]刘应祥,二汽房屋增层改造尝试,建筑结构,2015;(6).