基于建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)的探析

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國的高層建筑數(shù)量必然會繼續(xù)上升，但從建筑質(zhì)量安全的角度來講還需要引起重視。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要牢牢把握新時代的發(fā)展趨勢以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新規(guī)范，做出合理的方案選擇，提高實(shí)際建筑的安全性能。建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中較為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì).也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中較為重要的一種形式。本文作者對框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及問題處理措施進(jìn)行了分析。供同行參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);原則;問題

1.建筑框架結(jié)構(gòu)的概念

框架結(jié)構(gòu)住宅是指以鋼筋混凝土澆搗成承重梁柱，再用預(yù)制的加氣混凝土、膨脹珍珠巖、浮石、蛭石、煤矸石、陶爛等輕質(zhì)板材或空心砌塊隔墻分戶裝配成而的住宅。適合大規(guī)模工業(yè)化施工，效率較高，工程質(zhì)量較好?？蚣芙Y(jié)構(gòu)由梁、柱構(gòu)成，構(gòu)件截面較小，因此框架結(jié)構(gòu)的承載力和剛度都較低，它的受力特點(diǎn)類似于豎向懸臂剪切梁，樓層越高，水平位移越慢，高層框架在縱橫兩個方向都承受很大的水平力，這時，現(xiàn)澆樓面也作為梁共同工作的構(gòu)件，裝配整體式樓面的作用則不考慮，框架結(jié)構(gòu)的墻體是填充墻，起圍護(hù)和分隔作用，框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是能為建筑提供靈活的使用空間，抗震性能好。

2.框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所要遵循的原則

2.1剛度適中的原則

合理的體系應(yīng)該是剛?cè)嵯酀?jì)的，建筑結(jié)構(gòu)剛度太大，則它的變形能力會很差，如果瞬間強(qiáng)大破壞力來襲時，就要承受很大的力，這樣很容易出現(xiàn)建筑局部的破壞，最后導(dǎo)致建筑全部毀壞。建筑結(jié)構(gòu)太柔也不好，雖然它可以有效地消減外力的作用，但是很容易造成建筑因?yàn)樽冃芜^大而無法使用，甚至出現(xiàn)建筑傾覆。因此，框架結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成雙向梁柱抗側(cè)力體系。主體結(jié)構(gòu)除個別部位外，不應(yīng)采用鉸接。甲、乙類建筑以及高度大于24米的丙類建筑，不應(yīng)采用單跨框架結(jié)構(gòu)，高度不大于24米的丙類建筑不宜采用單跨框架結(jié)構(gòu)。以增大結(jié)構(gòu)的剛度和整體性。

2.2合理傳力途徑原則

結(jié)構(gòu)的傳力途徑要力求簡單、合理。能夠有效承擔(dān)豎向荷載和水平荷載。結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力明確，傳力簡單，避免扭轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)平面布置宜簡單、規(guī)則、均勻、對稱。減少過大內(nèi)收和外凸，減少凹角處應(yīng)力集中。質(zhì)心與剛心相接近，減少扭轉(zhuǎn)影響。側(cè)向剛度沿豎向均勻變化，框架截面尺寸和材料強(qiáng)度自下向上逐漸減小，避免抗側(cè)剛度和承載力突變。

3.提高建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效性的措施

3.1建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求

自我國建筑物頻頻出現(xiàn)易倒塌、裂縫等現(xiàn)象以來，我國便對建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制定了設(shè)計(jì)規(guī)范來控制建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量，一定要做到以下三點(diǎn)：1）在設(shè)計(jì)前就應(yīng)該考慮到當(dāng)結(jié)構(gòu)中同時出現(xiàn)幾種作用效應(yīng)的時候，嚴(yán)密計(jì)算出每一種作用效應(yīng)，盡量按照最適合的作用效應(yīng)來設(shè)計(jì)，避免最不適合的效應(yīng)設(shè)計(jì)。2）計(jì)算及驗(yàn)算：應(yīng)當(dāng)計(jì)算每個構(gòu)件能夠承受的力量并且驗(yàn)算其在正常狀況下能夠承受的最大力量和構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度。3）抗震結(jié)構(gòu)：從唐山大地震到汶川地震，再到雅安地震，地震在我國頻頻發(fā)生，建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要重視抗震設(shè)計(jì)，應(yīng)該嚴(yán)格根據(jù)我國不同地區(qū)抗震等級的抗震設(shè)計(jì)來計(jì)算其所需要的參數(shù)值，嚴(yán)密設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@關(guān)系到人們的人身安全問題。

3.2從設(shè)計(jì)原則上提高有效性

1）抗剪措施。合理的建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是強(qiáng)剪弱彎的，主要作用是防止構(gòu)件的脆性被破壞，保持其延性。為了確保建筑物的結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷罕見地震的過程中其脆性不被破壞而剪切失效，應(yīng)該在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時增加承重構(gòu)件的抗剪承受力和抗彎能力。因此，在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要符合抗剪受力和抗彎能力的規(guī)范要求，加強(qiáng)抗剪構(gòu)造和驗(yàn)算框架梁。

3.3關(guān)于強(qiáng)柱弱梁節(jié)點(diǎn)

這是為了實(shí)現(xiàn)在罕遇地震作用下，讓梁端形成塑形鉸，柱端處于非彈性工作狀態(tài)，而沒有屈服，但節(jié)點(diǎn)還處于彈性工作階段。強(qiáng)柱弱梁措施的強(qiáng)弱，也就是相對于梁端截面實(shí)際抗彎能力而言柱端截面抗彎能力增強(qiáng)幅度的大小，是決定由強(qiáng)震引起柱端截面屈服后塑性轉(zhuǎn)動能否不超過其塑性轉(zhuǎn)動能力，而且不致形成“層側(cè)移機(jī)構(gòu)”，從而使柱不被壓潰的關(guān)鍵控制措施。柱強(qiáng)于梁的幅度大小取決于梁端縱筋不可避免的構(gòu)造超配程度的大小，以及結(jié)構(gòu)在梁、柱端塑性鉸逐步形成過程中的塑性內(nèi)力重分布和動力特征的相應(yīng)變化。因此，當(dāng)建筑許可時，盡可能將柱的截面尺寸做得大些，使柱的線剛度與梁的線剛度的比值盡可能大于1，并控制柱的軸壓比滿足規(guī)范要求，以增加延性。驗(yàn)算截面承載力時，人為地將柱的設(shè)計(jì)彎距按強(qiáng)柱弱梁原則調(diào)整放大，加強(qiáng)柱的配筋構(gòu)造。梁端縱向受拉鋼筋的配筋不得過高，以免在罕遇地震中進(jìn)入屈服階段不能形成塑性鉸或塑性鉸轉(zhuǎn)移到立柱上。注意節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，讓塑性鉸向梁跨內(nèi)移。

3.4框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)箍筋配置應(yīng)滿足要求

對于規(guī)范中規(guī)定的框架柱箍筋加密區(qū)的箍筋最小體積配箍率的要求，絕大部分設(shè)計(jì)人員都能給予足夠的重視，但對于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011―2010）中規(guī)定的“一、二、三級框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)配箍特征值分別不宜小于0.12、0.10、0.08且體積配箍率分別不宜小于0.6%、0.5%，0.4%?！痹O(shè)計(jì)中經(jīng)常被忽視，尤其是柱軸壓比不大時，常常不滿足要求。這一規(guī)定是保證節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)延性的重要構(gòu)造措施，應(yīng)嚴(yán)格遵守。

3.5加強(qiáng)短柱的構(gòu)造措施

在工程施工過程中頂棚可能要吊頂或其它裝修，甲方為了節(jié)約開支。往往要求柱間填充墻不到頂或者是在墻上任意開門窗洞12I，這樣往往會造成短柱，由于短柱剛度大，吸收地震作用使其受剪，當(dāng)混凝土抗剪強(qiáng)度不足時，則產(chǎn)生交叉裂縫及脆性錯斷，從而引起建筑物或構(gòu)筑物的破壞甚至倒塌，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取如下措施：1）盡量減弱短柱的樓層約束，如降低相連梁的高度、梁與柱采用鉸接等;2）增加箍筋的配置，在短柱范圍內(nèi)箍筋的間距不應(yīng)大于l00mm，柱的縱向鋼筋間距≤150mm;3）采用良好的箍筋類型，如螺旋箍筋、復(fù)合螺旋箍筋、雙螺旋箍筋等。

3.6從基礎(chǔ)面積和寬度的計(jì)算上提高有效性

建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中其有效性比較低或者建筑設(shè)計(jì)不合理的一個重要原因是，在計(jì)算其基礎(chǔ)面積或者寬度的時候，經(jīng)常不夠明確梁和柱的作用效應(yīng)或者考慮問題不夠全面詳細(xì)，導(dǎo)致基礎(chǔ)面積或?qū)挾壤速M(fèi)或者不足。當(dāng)有較大的力量作用在墻上的時候，雖然墻體可以把這種力量向地基擴(kuò)散，但是這樣的缺點(diǎn)是基底的反作用力量不平衡，并且其反力地基的擴(kuò)散范圍是有限的。為了避免出現(xiàn)基礎(chǔ)面積和寬度不足或者浪費(fèi)，在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時可以通過計(jì)算平均線荷來確定基礎(chǔ)所需要的值。因此，通常采用調(diào)整計(jì)算出的平均線荷來解決基礎(chǔ)寬度和寬度不足或者浪費(fèi)的問題，從而改善其有效性。

3.7從框架柱長度方面提高有效性

在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，設(shè)計(jì)者往往會在地基上下一點(diǎn)設(shè)計(jì)一個連接的梁，這樣不僅可以提高建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性，還可以控制由于不穩(wěn)定而出現(xiàn)的移動現(xiàn)象。這個起到連接作用的梁通常由兩個部分組成，框架柱的長度的參數(shù)值由于連接的梁不可能穩(wěn)固整個建筑框架結(jié)構(gòu)，所以這個取值應(yīng)當(dāng)合理，即為基礎(chǔ)頂面和連接梁頂面之間的距離?；A(chǔ)頂面和連接梁頂面中較大力可以作為連接梁的設(shè)計(jì)依據(jù)，從而計(jì)算框架柱的長度，提高建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性，促進(jìn)控制建筑物的穩(wěn)定性。

4.結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平進(jìn)一步提高，用戶對住宅的功能提出更高的要求。因此對于框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更加嚴(yán)格的要求。這就要求我們熟練地掌握規(guī)范，并具有良好的結(jié)構(gòu)概念，這樣才能完成一個個優(yōu)良工程。工程設(shè)計(jì)人員要不斷革新自我的設(shè)計(jì)意識和理念，用認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，明確高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需求，設(shè)計(jì)出安全、出色，具有優(yōu)秀品質(zhì)的高層建筑。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50010―2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010

[2]張敬書.鋼筋混凝土懸臂梁構(gòu)造的若干問題.建筑結(jié)構(gòu).中國建筑技術(shù)研究院.2001.3

[3]陳翠榮.框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個問題[J].山西建筑，2007。33（4）：58-59.