建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則和有效性

李奕君（華北油田公司水電廠，河北 任丘 062552）

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)也日益表現(xiàn)迅猛發(fā)展的趨勢(shì)，框架作為建筑的基礎(chǔ)和靈魂，也越來(lái)越受到人們的重視。只有不斷的設(shè)計(jì)及建筑好框架，才可以從根本上使建筑的質(zhì)量得到保障。

1 建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則分析

1.1 分清主次

建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最基本的原則就是“抓大放小”和“學(xué)會(huì)放棄”。舉例來(lái)說(shuō)，在鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中，一旦柱失效了，相應(yīng)的梁也會(huì)隨之失效。反過(guò)來(lái)，若干梁失效了，而柱依然能夠保證其有效性[1]。從中我們不難看出，柱承擔(dān)的作用顯著超過(guò)了梁，而柱的責(zé)任也是無(wú)可替代的?；诖耍O(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)分清主次，為了防止柱先倒，需要將梁設(shè)計(jì)成堅(jiān)固的構(gòu)件，而將柱設(shè)計(jì)成相對(duì)較薄弱的部分，以防止梁先被破壞，盡量降低其損失。而如果梁和柱均被設(shè)計(jì)得非常堅(jiān)固，那么一旦受到外力突然襲擊，這兩者都極易遭到破壞，帶來(lái)不可估量的損失。所以要求設(shè)計(jì)時(shí)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照 “強(qiáng)剪弱彎”“強(qiáng)柱弱梁”的建筑規(guī)范來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，找出其中的主要矛盾和次要矛盾，以便能夠準(zhǔn)確把握梁和柱的關(guān)系。

1.2 剛?cè)岵?jì)

合理的控制剛和柔是確保建筑框架科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的重要因素。如果柔多一點(diǎn)，會(huì)為了適應(yīng)外力的需求而出現(xiàn)極大的變形，能夠在很大程度上減少外力的壓迫，同時(shí)具有花費(fèi)少、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)。反過(guò)來(lái)，如果剛多一點(diǎn)，除了會(huì)使得工程造價(jià)昂貴，不經(jīng)濟(jì)外，與此同時(shí)，一旦遇到強(qiáng)大的損壞力，也很難起到消減外力的作用，易被外力壓迫而導(dǎo)致建筑損壞，但是能夠有效降低其變形能力。這就要求設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)遵循剛?cè)岵?jì)的原則，如抗震驗(yàn)算時(shí)對(duì)于不同的樓蓋和布置就應(yīng)當(dāng)使用剛性、剛?cè)?、柔性的理論?lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.3 層層設(shè)防

對(duì)于任何一個(gè)合理的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，其首先應(yīng)當(dāng)是穩(wěn)固的、安全的，能夠有效抵抗基本的損害力，起到保護(hù)建筑物的作用，而一旦遭遇突然的損壞力時(shí)，那么框架結(jié)構(gòu)的層層防線都應(yīng)當(dāng)迅速聚集而來(lái)，協(xié)同發(fā)揮出抵抗外力的功能。反之，如果設(shè)計(jì)中只是單純的憑借某一個(gè)結(jié)構(gòu)來(lái)抵抗外力，對(duì)于建筑物來(lái)說(shuō)非常危險(xiǎn)同時(shí)也是不合理的。舉例來(lái)說(shuō)，土建結(jié)構(gòu)中多層墻就會(huì)比單層墻牢固，而框架剪力混合墻和純剪力墻相比，也要更加牢固，從中就表現(xiàn)出了層層設(shè)防線和建筑穩(wěn)固的建筑框架設(shè)計(jì)原則。

2 如何提高建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性

2.1 抗剪措施

強(qiáng)剪弱彎能夠有效避免構(gòu)件的脆性被破壞，以確保其延性。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中為了防止建筑物的結(jié)構(gòu)在自然災(zāi)害或者其他外物沖擊時(shí)，其脆性不被破壞同時(shí)剪切失效，就需要增加一定的承重構(gòu)件的抗剪承受力以及抗彎能力。所以也要求在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須嚴(yán)格遵循抗剪受力以及抗彎能力的相關(guān)規(guī)范要求，高度重視抗剪構(gòu)造以及驗(yàn)算框架梁的設(shè)計(jì)工作。

2.2 強(qiáng)柱弱梁節(jié)點(diǎn)

主要是為了在罕遇地震作用下，能夠讓梁端形成塑形鉸，促使柱端可以處于一種非彈性工作狀態(tài)，而不會(huì)發(fā)生屈服，然而節(jié)點(diǎn)依舊處于一種彈性工作時(shí)期。本文所說(shuō)的強(qiáng)柱弱梁措施的強(qiáng)弱，實(shí)際上即是指和梁端截面實(shí)際抗彎能力情況相比，柱端截面抗彎能力所應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)幅度的大小，其能夠決定由強(qiáng)震而帶來(lái)的柱端截面屈服后塑性轉(zhuǎn)動(dòng)是否能夠控制在塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力之下，與此同時(shí)不會(huì)發(fā)生“層側(cè)移機(jī)構(gòu)”，以最大限度確保柱不被壓潰。具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，柱強(qiáng)于梁的幅度大小主要是由梁端縱筋構(gòu)造超配程度來(lái)決定的，同時(shí)還在一定程度上受到結(jié)構(gòu)在梁以及柱端塑性鉸形成時(shí)產(chǎn)生的塑性?xún)?nèi)力重分布情況以及動(dòng)力特征所出現(xiàn)的一些變化的影響[2]。基于以上，設(shè)計(jì)師在建筑許可的條件下，一般應(yīng)當(dāng)盡量把柱的截面尺寸做得大些，以確保柱和梁的線剛度的比值能夠盡量超過(guò)1，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)注意嚴(yán)格控制柱的軸壓比，以確保其能夠符合規(guī)范要求，以有效增加延性。在對(duì)于截面承載力進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，還應(yīng)當(dāng)對(duì)柱的設(shè)計(jì)彎距根據(jù)強(qiáng)柱弱梁原則進(jìn)行合理的調(diào)整放大，以便能夠增強(qiáng)柱的配筋構(gòu)造。

2.3 注意構(gòu)造措施

第一，大跨度柱網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)，考慮到樓梯間處的框架柱因?yàn)楹蜆翘萜脚_(tái)梁相連，所以會(huì)導(dǎo)致樓梯間處的柱極易形成短柱，設(shè)計(jì)人員必須對(duì)柱箍筋全長(zhǎng)加密。第二，如果框架結(jié)構(gòu)外立面是帶形窗，那么由于已經(jīng)設(shè)置連續(xù)的窗過(guò)梁，會(huì)導(dǎo)致外框架柱極易形成短柱，必須加強(qiáng)構(gòu)造措施。第三，一般來(lái)說(shuō)，如果框架結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度略應(yīng)當(dāng)大于規(guī)范限值，同時(shí)根據(jù)建筑功能的要求禁止留縫時(shí)，那么為了能夠降低有害裂縫，建議設(shè)計(jì)人員通過(guò)補(bǔ)償混凝土澆筑來(lái)進(jìn)行處理。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)始終遵循剛?cè)岵?jì)、分清主次以及層層設(shè)防的設(shè)計(jì)原則，并通過(guò)抗剪措施、強(qiáng)柱弱梁節(jié)點(diǎn)措施以及構(gòu)造措施來(lái)提高建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性與有效性，以確保建筑物的穩(wěn)定、可靠、安全。

[1] 汪黎明.華東工程質(zhì)量監(jiān)督理論與實(shí)踐[M].合肥:合肥工業(yè)大學(xué)出版社,2008.23-25

[2] 李有香,滿(mǎn)廣生.房屋建筑施工[M].北京:水利水電出版社,2010.174