芻論建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

韓淑赟

【摘要】文章主要對建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了相關(guān)闡述，并且分析了概念設(shè)計(jì)，以及設(shè)計(jì)構(gòu)造過程中出現(xiàn)問題的解決方法，希望可以通過本文給廣大設(shè)計(jì)工作者提供借鑒。

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

一、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

1、剛?cè)岵?jì)合理的建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該是剛?cè)嵯酀?jì)的。結(jié)構(gòu)太剛則變形能力差，強(qiáng)大的破壞力瞬間襲來時(shí)，需要承受的力很大，容易造成局部受損最后全部毀壞；而太柔的結(jié)構(gòu)雖然可以好的消減外力，但容易造成變形過大而無法使用甚至全體傾覆。結(jié)構(gòu)是剛多一點(diǎn)好，還是柔多一點(diǎn)好？剛到什么程度或柔到什么程度才算合適呢？我個(gè)人認(rèn)為剛多點(diǎn)使工程不經(jīng)濟(jì)，造成造價(jià)過高，而且應(yīng)變能力差。柔多一點(diǎn)雖然造價(jià)便宜但是必然產(chǎn)生變形以適應(yīng)外力，太柔的結(jié)果必然是太大的變形，甚至?xí)?dǎo)致立足不穩(wěn)而失去根本。這些問題歷來都是專家們爭論的焦點(diǎn)，現(xiàn)今的規(guī)范給出的也只是一些控制的指標(biāo)，但無法提供精確答案。

2、多道防線

安全的結(jié)構(gòu)體系是層層設(shè)防的，災(zāi)難來臨，所有抵抗外力的結(jié)構(gòu)都在通力合作，前仆后繼。這時(shí)候，如果把"生存"的希望全部寄托在某個(gè)單一的構(gòu)件上，是非常非常危險(xiǎn)的。如土建結(jié)構(gòu)中多肢墻比單片墻好，框架剪力墻比純框架好等等，就是體現(xiàn)了多道防線的設(shè)計(jì)思路。

3、抓大放小

在框架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系中具有"強(qiáng)柱弱梁"、"強(qiáng)剪弱彎"等的說法也是鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中非常重要的概念。有人問：為什么不是"強(qiáng)柱強(qiáng)梁""強(qiáng)剪強(qiáng)彎"呢？為什么所有構(gòu)件都很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)體系反而不好，甚至?xí)邪踩[患呢？這里面首先包含著一個(gè)簡單的道理：絕對安全的結(jié)構(gòu)是沒有的。簡單地說，雖然整個(gè)結(jié)構(gòu)體系是由各種構(gòu)件協(xié)調(diào)組成一體，但各個(gè)構(gòu)件擔(dān)任的角色不盡相同，按照其重要性也就有輕重之分。一旦不可意料的破壞力量突然襲來，各個(gè)構(gòu)件協(xié)作抵抗的目的，就是為了保住最重要的構(gòu)件免遭摧毀或者至少是最后才遭摧毀，這時(shí)候犧牲在所難免，讓誰犧牲呢？明智之舉是要讓次要構(gòu)件先去承擔(dān)災(zāi)難。"寧為玉碎，不為瓦全"，如果平均用力，可能會"玉石俱粉"，損失則更大矣！在鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)中，柱倒了，梁會跟著倒；而梁倒了，柱還可以不倒的?？梢娭袚?dān)的責(zé)任比梁大，柱不能先倒。為了保證柱是在最后失效，我們故意把梁設(shè)計(jì)成相對薄弱的環(huán)節(jié)，使其破壞在先，以最大限度減少可能出現(xiàn)的損失。

4、打通關(guān)節(jié)

理想的結(jié)構(gòu)體系當(dāng)然是渾然一體的--也就是沒有任何關(guān)節(jié)的，這樣的結(jié)構(gòu)體系使任何外力都能迅速傳遞和消減?；谶@個(gè)思路，設(shè)計(jì)者要做的就是要盡可能地把結(jié)構(gòu)中各種各樣的關(guān)節(jié)"打通"，使力量在關(guān)節(jié)處暢通無阻。中醫(yī)上云："通則不痛，痛則不通"，結(jié)構(gòu)就像一個(gè)人，氣穴若不能暢通，癥結(jié)和隱患就會產(chǎn)生。在設(shè)計(jì)的四項(xiàng)基本原則中，"剛?cè)嵯酀?jì)"，"多道防線"，"抓大放小"是設(shè)計(jì)概念中的戰(zhàn)略問題，但要想得讓這些戰(zhàn)略思想得以實(shí)現(xiàn)，靠的是"打通關(guān)節(jié)"這個(gè)原則作為保證的，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體操作，最后全都?xì)w到"打通關(guān)節(jié)"的貫徹和實(shí)施上來。 打通關(guān)節(jié)保持平衡的目的其實(shí)就是使其永遠(yuǎn)處于原始的靜態(tài)，當(dāng)力量不能暢通時(shí)，構(gòu)件與構(gòu)件之間，構(gòu)件的組成元素與元素之間的靜態(tài)平衡一旦被破壞，結(jié)構(gòu)變成機(jī)動，"動"即是死，即為終結(jié)。可見設(shè)計(jì)者是協(xié)調(diào)者，其任務(wù)是讓所有互不相關(guān)的靜態(tài)構(gòu)件相聚之后依然處于靜態(tài)（也就是使其保持常態(tài)），或者是處在相對的靜態(tài)之中。其實(shí)處理和成就世間萬物，必須使動為動，靜為靜，才能平衡；必須動者動之，靜者靜之，才能持久；必須知其本源，施以規(guī)則，順之導(dǎo)之，才能達(dá)至繁榮昌盛。

2、從概念設(shè)計(jì)上應(yīng)解決的問題

1）"強(qiáng)柱弱梁"節(jié)點(diǎn)的控制措施。我們強(qiáng)調(diào)的強(qiáng)柱弱梁節(jié)點(diǎn)的作用是為了在碰到罕見的大地震時(shí)，可以讓梁端在外力作用下形成塑性鉸，柱端不屈服，并且還可位于非彈性的狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)仍然可以在彈性的狀態(tài)當(dāng)中。設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，在建筑結(jié)構(gòu)許可的情況下，應(yīng)該要把柱的截面尺寸盡可能做大些，讓柱的線剛度要比梁的線剛度之間的比值大于1，柱子的軸壓比一定要滿足規(guī)定的規(guī)范。在設(shè)計(jì)中要充分注意節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，盡量讓塑性鉸要向著梁跨內(nèi)移。強(qiáng)柱弱梁節(jié)點(diǎn)問題的解決是至關(guān)重要的。

2）"強(qiáng)剪弱彎"的實(shí)施。保證構(gòu)件延性，防止脆性破壞是建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，而保障這個(gè)環(huán)節(jié)的主要措施就是"強(qiáng)剪弱彎"的實(shí)施。"強(qiáng)剪弱彎"主要是為了在結(jié)構(gòu)部件遭遇強(qiáng)大的罕見地震時(shí)，可以保證脆性剪切不會失效。

3、設(shè)計(jì)構(gòu)造中的常見問題及處理措施

3.1 嚴(yán)格控制框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)箍筋配置

設(shè)計(jì)人員應(yīng)該嚴(yán)格按GB 5001 1-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中的規(guī)定來控制框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)配箍特征值及體積配箍率，這方面很多設(shè)計(jì)者往往會忽略，特別是不能滿足對柱軸壓比不大時(shí)（這個(gè)規(guī)定是為了保證節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)延性的重要構(gòu)造措施）的要求。對于這一點(diǎn)問題設(shè)計(jì)者以后應(yīng)該充分考慮到，以防止出現(xiàn)不必要的損失。

3.2 底層框架柱箍筋加密區(qū)的范圍不能滿足

在設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要留意在GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中有規(guī)定："底層柱，柱根處箍筋加密區(qū)的范圍應(yīng)不小于柱凈高的1/3"，這是一新增加的規(guī)范要求，大多設(shè)計(jì)者可能都不太了解，以后設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該注意這個(gè)問題的解決。

3.3 框架梁上部縱筋端部水平錨固長度不能滿足

GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中有規(guī)定："框架端節(jié)點(diǎn)的地方，一旦框架梁上部縱筋的水平直線段錨固長度不足的時(shí)候，應(yīng)該向下彎曲并且伸到柱的外邊，控制好彎折前水平投影的長度一定要等于或者大于0.4L E"，一旦框架柱的截面尺寸在400 mm×400 mm以下的時(shí)候，框架梁就易出現(xiàn)問題，這就會埋下一個(gè)很嚴(yán)重的安全隱患。

對于以建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題，往往是設(shè)計(jì)者忽視的問題，只要設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)之初能夠做好前期準(zhǔn)備，重視這些問題，并按照國家規(guī)定來設(shè)計(jì)建筑，那么上述問題也就會隨之消失，建筑框架的結(jié)構(gòu)也就會符合標(biāo)準(zhǔn)。

4、結(jié)語

文章主要闡述了建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循的原則，從概念設(shè)計(jì)和構(gòu)造設(shè)計(jì)方面分析了框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，并提出了解決對策與處理措施，從而保證框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。自改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，建筑設(shè)計(jì)水平也在逐年提升，隨著建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化，這就要求建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在遵循原則下有更高層次的水平來滿足這些要求。

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