多层框架结构钢筋设计的优化与应用分析

刘振江

摘 要：随着我国经济和社会的发展，人们的生活水平和生活质量的提升，人们对生活质量的要求也逐渐提高，建筑行业日渐兴盛。而多层钢结构住宅成为现代建筑的主要应用形式，并有很大的发展前景。多层钢结构不仅节省了建筑成本，还美化了建筑外观，满足了现代人们的需要。但是，由于我国多层钢结构起步晚，与发达国家相比还有很大的差距，设计水平和施工技术还不成熟，还存在着一些问题。本文就多层框架结构钢筋设计的优化与应用进行简要的分析，并针对其存在的问题提出一些建议，希望对多层框架结构未来的发展提供帮助。

关键词：多层框架；结构设计；问题对策

我国建筑行业的发展完善，对建筑材料的要求越来越高。我国作为钢材料的使用大国，每年使用的钢材料位于世界的首位，钢材料的使用为钢结构事业提供了巨大的发展机遇，也促进了我国钢结构多层框架的发展，为钢结构住宅的发展奠定了基础。多层框架结构钢筋的设计使用是现在我居民住宅建设主要使用的方式之一，不仅节省了工程材料更使建筑更加的美观，提升了居民的生存环境，为我国建筑行业的发展提供了更加广阔的空间。下面本文就多层框架结构钢筋进行进一步的研究分析。结构优化设计是将力学概念与优化技术结合起来，以计算机为工具，在满足各种规范和规定的前提下，来研究结构最优设计方案的一种方法。与传统的结构设计相比，结构优化设计更科学，其设计方案更为合理，能够达到经济性与安全性的协调与统一。进行结构优化设计的应用研究，具有很大的现实意义。

1、结构优化设计理论

1.1概述

传统的结构设计实际上就是结构的力学分析与安全校核。它是由设计者根据自己的工程经验通过自己的判断，按设计要求来拟定出最初的设计方案然后对此方案进行力学方面的计算，以确保结构的安全。有时为了达到更合理的设计方案，往往需要修改初始方案的结构布局、构件尺寸和材料选型，再进行计算分析，直到得出各方面都比较满意的结果。因此，传统的结构设计效率不高，并且设计方案的好坏很大一部分都取决于设计者的经验和水平，很有可能并不是最优的设计方案。相对于传统的结构设计，结构优化设计把力学概念与优化技术结合起来，在满足各种规范和规定的前提下，以变量的形式给出了部分参与结构设计的量，来完成结构所有可能的设计方案。然后再借助于数学手段，在结构设计方案域中找出可行的最优方案。结构优化设计的出现，使结构的设计变为主动，不仅可以减少设计的工作量，提高设计效率，而且还可以提升设计质量和水平，取得了更大的经济效益。

2、钢结构体系存在的问题

2.1钢材料浪费的情况严重

随着钢材料的应用，多层框架结构钢筋也逐渐应用到人们的生活当中，虽然体制机制还不完善，但是，多层框架结构钢筋成为现代居民建筑的主流。据目前来看，我国是钢材料使用大国，同时钢材料量浪费的情况比较严重，这不仅影响资源的浪费，还会阻碍多层框架结构钢筋的发展。随着钢材料浪费的增多和使用范围的增大，我国钢材料也逐渐的减少，由于现在多层框架结构钢筋技术还不完善，与发达国家的发展还有很大的差距，因此，必须减少钢材料浪费的情况，加大科技投入，保障多层框架结构钢筋的进步和完善。

2.2多层框架结构钢筋体制机制不完善

由于我国多层框架结构钢筋与发达国家相比发展的比较晚，所以其技术水平不完善，相关的法律法规建设也不全面，体制机制也没有满足现代多层框架结构钢筋的发展需求，致使，多层框架结构钢筋的发展过于自主化、随意化，没有统一的标准进行规范，这不仅阻碍了多层框架结构钢筋的发展，还影响建筑行业的顺利开展和人民生活水平的改善，因此，必须加强多层框架结构钢筋发展的体制机制，完善无发展内容，进行统一的管理，却保其健康有序地发展。

2.3施工人员自身素质低

就目前来看，我国建筑行业的施工人员整体素质还有待提升。多层框架结构钢筋是我国目前和未来建筑的主流，因此，提升施工人员的技术和是知识水平，加大对西方先进技术的吸收，并结合自身得建筑特色进行有效的结合，形成自己的发展方案，对施工人员进行知识技能培训，并且进行考核，对于考核通过的人员实施奖励，为通过的人员继续学习，以达到需要的标准为止。

3、多层钢框架的结构分析与设计

3.1多层钢框架结构受力变形特点

钢框架结构体系'中的每一棍框架在纵、横两个方向上均采用刚接，这些刚接框架不仅承受垂直荷载的竖向作用，还要承受水平荷载的侧向作用。水平荷载对结构的作用主要表现在两个方面水平荷载对整体结构的倾覆力矩和各层结构承受的水平剪力。因此，结构也就产生了由这两方面作用共同引起的侧移。在结构的倾覆力矩的作用下，框架柱产生底层较小，越往上越大的轴向变形，此时整个结构发生弯曲型变形在各层结构的水平剪力的作用下，梁、柱均出现反弯点，形成底层层间侧移最大，向上层间变形依次减少的变形，此时整个结构发生剪切型变形。在框架结构的总侧移变形中，剪切变形是主要的。随着结构总高度的增加，弯曲变形在总侧移变形中多占的比例会增大。针对多层钢框架结构，由于层数不高，弯曲变形所占比例只有一，所以多层框架可以看成剪切型抗侧力体系。

针对这种剪切型抗侧的多层钢框架结构体系，规范按结构正常使用极限状态的要求，对结构的水平位移进行了限制。规定在风荷载标准值作用下，框架柱柱顶水平位移和层间位移相对值，不宜超过下列数值（H为自基础顶面至柱顶的总高，h为结构层高）：

（1）多层框梁柱顶位移（H/500）

（2）多层框架层间相对位移（h/400）

本文所研究民用住宅仅为层，由于层数较低，水平荷载作用的侧移不会很大，一般来说起不到控制的作用。

3.2多层钢框架结构分析的基本要求与原则

采用的计算模型和基本假定要尽力的与构件连接的实际性能相符合。在钢框架结构中，梁柱的刚性连接应符合受力过程中梁柱夹角不变的假定，同时连接应具有充分的强度，使它能够承受交汇构件端部所传递的所有最不利内力。对于框架结构的内力分析，可以采取一階弹性分析的方法，也就是以未变形的结构简图为分析对象，不考虑结构在荷载作用下的变形对结构内力分布的影响。对内力的影响不能忽略的结构需要采取二阶分析，比如悬索屋盖结构在重力荷载作用下的位移比较大，如果采用一阶分析的方法来计算内力会导致可靠度不足。

4、结束语

多层框架结构钢筋最为现阶段我国建筑行业主要的形式之一，多层民用的钢结构房屋具有广发的发展前景，值得进一步投资和发展，但是多层民用钢结构的起步相对较晚，多层民用钢结构的体制机制还不完善，其发展设计还没有成熟，与发达国家的先进技术还有一部分差异，这不仅会增加建筑施工的成本，还不利于多层民用钢结构的完善和发展，为节省建筑的成本，促进多层民用钢结构的完善，优化多层民用钢结构的设计设计不可避免的道路，并在实际的应用中起到指导作用。

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