框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在問題及對策

周漢良

摘 要： 框架結(jié)構(gòu)由于具有靈活性強(qiáng)、抗震性能高等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于房屋建筑工程中，成為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中最為常見的一種結(jié)構(gòu)形式。本文介紹了框架結(jié)構(gòu)的概念，并對框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題進(jìn)行了闡述，然后提出了相應(yīng)的處理措施。

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

引言

目前，我們國家的建筑工程項(xiàng)目逐漸趨于大規(guī)模化。 因此在建筑層面上就衍生出了很多的問題， 為了使這些問題得到很好的解決，框架結(jié)構(gòu)就得到廣泛運(yùn)用。框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計在現(xiàn)代化建筑中尤為重要。特別是在有些所占空間面積大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的大型建筑物中，這些建筑只要動工，一般情況下，就會動用較大的人力、物力及財力，所以在動工前要盡量將結(jié)構(gòu)設(shè)計的完善，更要把可能會出現(xiàn)的問題及損失降到最小。在此基礎(chǔ)之上，建筑企業(yè)不斷的追求著建筑工程框架的優(yōu)化和企業(yè)效益及施工效率的提高。 因此，對建筑工程框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題進(jìn)行分析有著鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。

1.框架結(jié)構(gòu)概述

框架結(jié)構(gòu)是指由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成，構(gòu)成承重體系的結(jié)構(gòu)。房屋的框架結(jié)構(gòu)可分為單跨與多跨，根據(jù)層數(shù)又可分為單層與多層，通過梁及柱組成框架構(gòu)建出框架結(jié)構(gòu)的縱橫兩個方向，可以承受豎向荷載和水平荷載[1]。往往在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，建筑的墻體并不承重，墻體可以按照圍墻和分隔墻的具體需求靈活設(shè)置。因此框架結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)空間布置靈活，建筑物自重小，有較好的抗震能力和結(jié)構(gòu)的整體性、剛度較好等特點(diǎn)。

2.框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題

2.1框架結(jié)構(gòu)計算簡圖不科學(xué)

一般來講，在進(jìn)行建筑工程項(xiàng)目建設(shè)的時候，相關(guān)的計算工序是不可避免的，而且這些計算從建筑工程項(xiàng)目，動工之前一直延續(xù)到完工之后的驗(yàn)收階段，這也就意味著這一工序所涉及的內(nèi)容十分復(fù)雜并且繁多。因此，如果這一工序出現(xiàn)了問題，那么所造成的后果是十分嚴(yán)重的。在建筑工程項(xiàng)目施工的過程中，除了前期的圖紙繪制會涉及到大量的計算問題容易出現(xiàn)錯誤之外，還有一點(diǎn)值得注意，那就是框架結(jié)構(gòu)的施工過程。這主要是因?yàn)?，在進(jìn)行這項(xiàng)工程施工的時候，會涉及到建筑物的寬度、長度以及面積等需要大量計算的內(nèi)容。而且，這些內(nèi)容在計算的時候，對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的要求十分高，如果技術(shù)操作人員稍有不慎，就會導(dǎo)致整個建筑工程結(jié)構(gòu)的失敗。除此之外，在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，還會用到力學(xué)方面的知識，這也就大大地增加了計算的難度。

例如一般沒有地下室的鋼筋混凝土多層框架房屋，其獨(dú)立基礎(chǔ)埋得比較深，在大概0.05米地方設(shè)置有基礎(chǔ)梁的時候，應(yīng)該將基礎(chǔ)梁按層1來進(jìn)行輸入。比如某地區(qū)的辦公樓，該建筑是三層鋼筋混凝土框架機(jī)構(gòu)，建筑場地是Ⅱ類，層高3.3米，基礎(chǔ)埋深2.0米，基礎(chǔ)高度0.8米，室內(nèi)外相差0.45米。根據(jù)有關(guān)規(guī)范規(guī)定，在8度地震區(qū)該建筑的抗震等級是二級。辦公樓的設(shè)計者若按照三層框架房屋來進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，首層層高設(shè)計成3.35米，即假定框架房屋嵌固在0.05米處的基礎(chǔ)拉梁頂面，基礎(chǔ)拉梁的斷面和配筋按構(gòu)造設(shè)計，基礎(chǔ)按照中心受壓計算。這樣的簡化計算與實(shí)際受力差別大，計算簡圖是不科學(xué)的[2]。

2.2框架結(jié)構(gòu)配筋不合理

在進(jìn)行建筑工程項(xiàng)目施工的時候，框架結(jié)構(gòu)的施工是最容易出現(xiàn)問題的部分，而在這一部分的施工過程中，配筋又是最容易失誤的環(huán)節(jié)。首先框架梁配筋問題，因?yàn)檎嫉孛娣e的限制、結(jié)構(gòu)上或者使用上的要求，工程上常在框架的梁端設(shè)計挑梁。但是框架梁和外挑梁的斷面尺寸不一樣，有些設(shè)計者在繪畫圖紙時忽視了有些主筋沒有辦法伸進(jìn)主梁，而只注意到將框架梁上的某些主筋向外挑梁延伸[3]。這些疏忽在施工的過程中會暴露出來，影響施工進(jìn)度，并造成相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失。其次，是框架柱配筋問題。從本質(zhì)上來說，在部分具有框架結(jié)構(gòu)的高層建筑當(dāng)中，其所產(chǎn)生的水平荷載，對于建筑結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的傾覆力矩之間存在正比的關(guān)系。而在這的當(dāng)中，水平荷載是一個重要的控制因素?？蚣芩巾攲佑兄^大的風(fēng)荷載，其從屋面結(jié)構(gòu)荷載傳給邊柱的軸向總力要低于樓層邊柱總力，使得柱頂可能出現(xiàn)偏心受壓的問題，尤其應(yīng)引起設(shè)計者注意。

2.3抗震設(shè)計問題

我國有很多地區(qū)屬于地震頻發(fā)帶。因此，在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時，相關(guān)的抗震性是不可缺少的。未經(jīng)抗震設(shè)防的框架結(jié)構(gòu)房屋有明顯的薄弱環(huán)節(jié)，震害也比較嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象。

在地震作用下，鋼筋混凝土框架的震害主要發(fā)生在梁端、柱端和梁柱節(jié)點(diǎn)處。一般柱的震害重于梁，柱頂?shù)恼鸷χ赜谥?，角柱的震害重于?nèi)柱，短柱的震害重于一般柱[4]。

框架柱由于柱兩端彎矩大，破壞一般發(fā)生在柱的兩端，有時會出現(xiàn)難以修復(fù)的斜裂紋或X形裂紋?？蚣芰河捎诹憾颂幍膹澗?、剪力均較大，并且是反復(fù)受力，故破壞常發(fā)生在梁端。梁端可能會由于縱筋配筋不足、鋼筋端部錨固不好、箍筋配置不足等引起破壞。梁柱節(jié)點(diǎn)多由于節(jié)點(diǎn)內(nèi)未設(shè)置箍筋或箍筋不足以及核心區(qū)的鋼筋過密而影響混凝土澆筑質(zhì)量引起破壞[5]。此外，地震時，框架和填充墻共同抵抗地震作用。但填充墻剛度大，變形能力差，承載力低，與框架缺乏有效的連接，易發(fā)生墻面斜裂縫，并沿柱周邊開裂。

3.相應(yīng)的對策

3.1科學(xué)分析計算簡圖

在遇到相關(guān)的計算問題時，一定要格外注意。通常情況之下，為了避免這一問題的出現(xiàn)，在進(jìn)行計算的時候，除了需要對相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面地分析之外，還需要考慮到施工現(xiàn)場環(huán)境的問題，比如說施工地點(diǎn)能夠承受的壓力等等。另外在計算時，還應(yīng)當(dāng)借助一些工具，尤其是三維立體式的空間分析軟件，這樣一來就能夠在很大程度上避免計算方面的失誤。

3.2合理配筋

根據(jù)施工部位的不同，配筋分為柱配筋以及梁配筋兩個部分。要通過分析比較兩種配筋的區(qū)別，降低配筋出現(xiàn)問題的幾率。

在柱配筋進(jìn)行施工建設(shè)的時候，往往會因?yàn)楹奢d結(jié)構(gòu)以及頂點(diǎn)施工的失誤而出現(xiàn)問題。而且，這些因素在具體施工的時候，還和其它的施工因素有所關(guān)聯(lián)，比如說頂點(diǎn)的位置就和建筑物的高度有一定的正比例關(guān)系。所以，如果這些因素出現(xiàn)問題將會導(dǎo)致整個建筑工程的崩塌。而能夠有效解決這一問題的方法，也只能是對這些因素實(shí)施全面、科學(xué)以及合理有效地監(jiān)督管理，并且在施工的時候，對這些因素涉及到的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確地計算[6]。當(dāng)然，對一些施工材料的選購也需要格外注意。

關(guān)于梁配筋的施工問題解決方案。和柱配筋會出現(xiàn)的問題不同的是，這種配筋更容易受到施工環(huán)境的影響。而在這個施工過程中，要最大程度的保證主筋與挑梁的融合。因?yàn)樵谑┕さ臅r候，施工人員會參考相應(yīng)的施工圖紙，但是在繪制施工圖紙的時候，很少會有人將這一部分詳細(xì)地表明，這也就使得在進(jìn)行這一工序的時候，施工人員不能夠準(zhǔn)確地確定主筋與挑梁是否完美的融合。能夠有效解決這一問題的措施，則是在繪制圖紙的時候注意全面性以及細(xì)節(jié)的部分。當(dāng)然，也需要對施工人員的技術(shù)進(jìn)行加強(qiáng)。

3.3抗震概念設(shè)計

框架結(jié)構(gòu)的建立，抗震概念設(shè)計十分重要。只有在概念設(shè)計合理的前提下，才能更好地選擇抗震體系，確保建筑結(jié)構(gòu)的安全性及經(jīng)濟(jì)性。

3.3.1框架設(shè)計剛?cè)岵?jì)

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，框架結(jié)構(gòu)設(shè)計太柔，因變形能力增強(qiáng)，雖然可有效的抵御和消減外力，但若外力持續(xù)不斷，那么就很容易導(dǎo)致變形過大，致使整體建筑主體的傾覆。另外，若高層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計太鋼，那么就會降低結(jié)構(gòu)的變形能力，這樣才遇到瞬間的巨大破壞力時，使其就很容易造成建筑物局部受損，進(jìn)而導(dǎo)致建筑主體的全部損壞，使其為建筑單位帶來不可估量的經(jīng)濟(jì)損失[7]。因此，在高層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)遵循剛?cè)嵯酀?jì)的設(shè)計原則，使其才能確保高層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性與合理性。

3.3.2框架體系層層設(shè)防

通過對框架結(jié)構(gòu)的層層設(shè)防安全體系的布置，才能防止當(dāng)強(qiáng)大外力襲來時，實(shí)現(xiàn)所有抵抗外力的結(jié)構(gòu)能夠共同抵御外力的目的。但若將抵御外力的任務(wù)寄托在單一的結(jié)構(gòu)上，那么就無法實(shí)現(xiàn)抵御強(qiáng)大外力的侵襲。因此，層層設(shè)防結(jié)構(gòu)安全體系，不僅能夠提高結(jié)構(gòu)的抵御能力與效果，并也能提高高層建筑整體的質(zhì)量。

3.3.3最大限度保住重要構(gòu)件

由于高層建筑各個構(gòu)件所擔(dān)任的角色不同，其重要性也有著不一樣的層次，所以沒有絕對的安全結(jié)構(gòu)。但這些構(gòu)件是構(gòu)成統(tǒng)一協(xié)調(diào)的整體，且一旦巨大破壞力侵襲而來時，高層建筑各個構(gòu)件共同抵抗的目的，就是為了最大限度的保住最重要的構(gòu)件避免遭到損壞，這樣才能降低損失程度[8]。比如，對于鋼框架結(jié)構(gòu)中，柱比梁承擔(dān)的任務(wù)會重一些，所以在巨大破壞力突然襲來時柱不能先倒。因此，在鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時，會故意將梁設(shè)計成相對薄弱的環(huán)節(jié)，使其確保柱是最后失效的，進(jìn)而降低損失程度。

4.小結(jié)

框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計不僅是建筑工程中最基礎(chǔ)的一部分，也是十分重要的一部分。將建筑框架的設(shè)計如何接近完美，這不僅需要不斷學(xué)習(xí)，還需要對工作進(jìn)行不斷的總結(jié)其中的不足與缺陷，更要從實(shí)際工作中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，樹立正確的設(shè)計理念，從而完成設(shè)計工作中遇到的一系列難題。需要相關(guān)工作者對建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的思路要清晰，通過合理的結(jié)構(gòu)選型和布置來增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和科學(xué)性，使設(shè)計走向更加完美化。

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