淺析建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

李健

摘要：框架結(jié)構(gòu)體系在建筑中得到廣泛應(yīng)用，在建設(shè)單位對使用功能與立面造型要求日益豐富化、多樣化的情況下，廣大設(shè)計人員的設(shè)計難度不斷提高，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)基于設(shè)計規(guī)范要求，解放思想、開拓思維、創(chuàng)新方法，在多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中不斷優(yōu)化與完善，更好為業(yè)主服務(wù)。

關(guān)鍵詞：建筑框架；結(jié)構(gòu)設(shè)計；要點分析

1 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

1.1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，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)是剛多一點好，還是柔多一點好？剛到什么程度或柔到什么程度才算合適呢？我個人認(rèn)為剛多點使工程不經(jīng)濟(jì)，造成造價過高，而且應(yīng)變能力差。柔多一點雖然造價便宜但是必然產(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。

1.2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。這時候，如果把“生存”的希望全部寄托在某個單一的構(gòu)件上，是非常非常危險的。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)計思路。

1.3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，雖然整個結(jié)構(gòu)體系是由各種構(gòu)件協(xié)調(diào)組成一體，但各個構(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。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。可見柱承擔(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。

1.4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@個思路，設(shè)計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)就像一個人，氣穴若不能暢通，癥結(jié)和隱患就會產(chǎn)生。在設(shè)計的四項基本原則中，“剛?cè)嵯酀?jì)”，“多道防線”，“抓大放小”是設(shè)計概念中的戰(zhàn)略問題，但要想得讓這些戰(zhàn)略思想得以實現(xiàn)，靠的是“打通關(guān)節(jié)”這個原則作為保證的，結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體操作，最后全都?xì)w到“打通關(guān)節(jié)”的貫徹和實施上來。打通關(guān)節(jié)保持平衡的目的其實就是使其永遠(yuǎn)處于原始的靜態(tài)，當(dāng)力量不能暢通時，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)。

2 框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計

框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計主要指地基部位的設(shè)計，在這個設(shè)計中，主要考慮地基部位的承受能力和影響承受能力的相關(guān)因素，在地基部位較軟的情況下，應(yīng)當(dāng)考慮柱下條基的采用，并要充分考慮節(jié)點處基礎(chǔ)底面積雙向重復(fù)使用的不利因素，在設(shè)計中對這種情況要對地基部位適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行加寬設(shè)計，當(dāng)柱下擴(kuò)展基礎(chǔ)的寬度大于四米的時候，也要對基礎(chǔ)部位進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訉捥幚?；在框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計中對抗震縫、伸縮縫在地面以下部位要充分考慮設(shè)縫，連接處應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)。對于沉降縫兩側(cè)的墻體基礎(chǔ)一定要分開。

對于新建的框架結(jié)構(gòu)建筑，在基礎(chǔ)的設(shè)計上要盡量淺于周圍已有的基礎(chǔ)，如果由于相關(guān)因素的影響，必須要深于周圍基礎(chǔ)時，在設(shè)計上新舊基礎(chǔ)間的凈距要大于基礎(chǔ)之間高度差的1.5-2倍，如果做不到這一點，則應(yīng)該進(jìn)行對基礎(chǔ)的加固處理，比如打抗滑移樁。這樣設(shè)計主要考慮到新建的框架結(jié)構(gòu)建筑的牢固性以及防止對已有建筑的破壞性。如果新建的框架結(jié)構(gòu)建筑與已有建筑的高度、層數(shù)相差的比較大，應(yīng)在層數(shù)較低的基礎(chǔ)方格中心的區(qū)域內(nèi)墊焦碴來調(diào)整基底附加應(yīng)力。對于基礎(chǔ)底板混凝土的強(qiáng)度等級要求來說，一般要低于C30，因為如果基礎(chǔ)底板混凝土的強(qiáng)度過大，在承受較大壓力的情況下，容易出現(xiàn)裂縫?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計中如果基礎(chǔ)需要留洞，對洞口的要求也很嚴(yán)，當(dāng)洞口超過300時應(yīng)在此處加過梁.暖溝應(yīng)加通氣孔；基礎(chǔ)埋深較淺時，基礎(chǔ)留洞有可能比基礎(chǔ)還低，此時基礎(chǔ)應(yīng)局部降低。

3 框架結(jié)構(gòu)的梁設(shè)計

框架結(jié)構(gòu)的梁設(shè)計，要注意以下要點：第一，如果外部梁跨度相差比較小，尤其是外部的框架梁，當(dāng)粱底距外窗預(yù)尺寸較小時，要適當(dāng)?shù)募哟罅桓?，高度要至窗頂。外部框架梁盡量做成外皮與柱外皮齊平。粱與柱的偏心應(yīng)總體上控制在四分之一柱寬到三分之一柱寬之間。第二，如果梁上有次梁處，應(yīng)在此處附加箍筋或者吊筋，一般來講附加箍筋的效果要好一些，所以附加箍筋是設(shè)計中的首選。第三，如果出現(xiàn)折梁陰角部位在下的情況，縱筋應(yīng)斷開，同時對該部位還應(yīng)加附加箍筋。第四，梁上如果出現(xiàn)次梁的時候。應(yīng)避免次梁搭接在主梁的支座附近，否則應(yīng)考慮由次梁引起的主梁抗扭，或增加構(gòu)造抗扭縱筋和箍筋。第五，應(yīng)該選用直徑比較小的梁縱筋，在能滿足要求的情況下，要盡量縮小鋼筋之間的距離，這樣設(shè)計主要是處于對梁體抗裂的考慮，同時，按照相關(guān)的規(guī)定，箍筋在梁端頭要進(jìn)行加密處理。對箍筋的布置上，縱筋要保持等距，箍筋肢距可不等。對于小斷面的連續(xù)梁或框架梁，上、下部縱筋均應(yīng)采用同直徑的，盡量不要在支座搭接，以減少此處的承受力。第六，端部與框架梁相交或彈性支承在墻體上的次梁，梁端支座可適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行簡單設(shè)計，但梁端箍筋一定要進(jìn)行加密處理。第七，框架結(jié)構(gòu)的挑梁宜作成等截面，這樣有利于施工。但對于挑梁端部有次梁的情況，要充分進(jìn)行考慮，對這種情況要附加箍筋或吊筋。而對于比較大的挑梁，在粱的下部要配置受壓鋼筋，這樣有利于減小撓度，增加抗壓性。第八，如果梁的腹板高度大于等于450mm時，需加設(shè)腰筋，間距的設(shè)計一般不大于200，否則易出現(xiàn)垂直裂縫。

4 框架結(jié)構(gòu)的柱設(shè)計

框架結(jié)構(gòu)的柱設(shè)計，要考慮以下要點：第一，對地上圓柱的設(shè)計要注意縱筋的根數(shù)，縱筋的根數(shù)應(yīng)該大于8根，同時，箍筋要盡量用螺旋箍，端部應(yīng)設(shè)計有一圈半的水平段，方柱箍筋應(yīng)使用井字箍，并按規(guī)范加密。角柱、樓梯間柱應(yīng)增大縱筋并全柱高加密箍筋。第二，柱的縱筋與梁的縱筋設(shè)計要求相反，柱的縱筋應(yīng)該盡量做到大直徑大間距，但總體應(yīng)該控制在200以內(nèi)。第三，對于柱內(nèi)埋管的設(shè)計，一般情況下僅在柱的四角才有條件埋設(shè)較粗的管，管截面面積占柱截面4%以下時，可不必驗算。柱內(nèi)不得穿暖氣管。第四，柱斷面設(shè)計要大于450X450，混凝土的規(guī)格不宜小于C25，否則梁縱筋錨入柱內(nèi)的水平段不容易滿足相關(guān)的要求，如果出現(xiàn)不能滿足相關(guān)要求的情況，應(yīng)該加橫筋，而對于不規(guī)則的柱結(jié)構(gòu)，梁縱筋一排根數(shù)不宜過多，桂端部縱筋不宜過密，否則節(jié)點混凝土澆筑困難。當(dāng)有部分矩形柱部分異型柱時，應(yīng)注意異型柱的剛度要和矩形柱相接近，不要相差太太。第四，對于柱子的軸壓比及相關(guān)的配筋要留有一定的余地，這主要是考慮到豎向地震作用，給該部位留出合理的緩沖區(qū)域。

5 結(jié)語

框架結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個長期、復(fù)雜甚至循環(huán)往復(fù)的過程，框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)根據(jù)實際情況做好結(jié)構(gòu)分析，多做方案比較。否則任何在這過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設(shè)計過程變得更加復(fù)雜或使設(shè)計結(jié)果存在不安全因素。

參考文獻(xiàn)

[1]梁麗芳，都軍花.淺談建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計存在問題及對策[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012

[2]于橋.建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計原則及存在問題和解決措施[J].山西建筑，2013

（作者單位：江蘇筑森建筑設(shè)計有限公司南京分公司）