試論建筑框架結構設計問題與優(yōu)化策略

文/盧鵬 內蒙古華訊工程咨詢監(jiān)理有限責任公司 內蒙古牙克石 022150

框架結構具備效率高、成本低、可實現規(guī)模化施工等特點，這使得其在我國建筑領域有著較為廣泛應用，并能夠實現分隔空間的靈活布置。但結合實際調研可以發(fā)現，建筑框架結構設計很容易在抗震設計、異型柱框架結構設計等方面出現問題，而為了盡可能解決這類問題，滿足我國建筑業(yè)發(fā)展需要，正是本文圍繞建筑框架結構設計問題與優(yōu)化策略開展具體研究的原因所在。

1、抗震設計問題

1.1 常見問題

抗震設計屬于建筑框架結構設計的重點環(huán)節(jié)，抗震設防系數較高地區(qū)需在抗震設計中投入更高精力，如我國西南地區(qū)便需要針對性選用抗震技術開展建筑框架結構設計。近年來高層建筑在我國各地大量涌現，建筑框架結構設計也因此面臨著新的挑戰(zhàn)，但結合實際調研可以發(fā)現，部分高層項目設計師并未在抗震設計層面投入足夠重視，雖然設計的穩(wěn)定性和安全性可滿足現行規(guī)范，但框架結構很容易地震災害出現失穩(wěn)，這顯然會威脅使用者的生命財產安全。由于缺乏對抗震的充分考慮，剪壓比偏高、柱截面高度與寬度設計不當的情況也較為常見，結構延性因此受到的影響必須得到重視，在箍筋約束缺乏、縱筋扭曲下，柱端很容易因此被破壞[1]。

1.2 優(yōu)化策略

為有效解決建筑框架結構設計中出現的抗震設計問題，必須優(yōu)化相關計算參數，并嚴格遵循現行抗震設計規(guī)范。在抗震設計的參數計算過程中，建筑場地抗震設防系數必須得到明確，并保證基本地震加速度的取值合理，以此保證框架結構整體抗震性能設計合理。如建筑框架結構設有填充墻，計算求得的地震作用效應往往會偏小，這是由于結構剛度超過理論計算結果，并最終會導致結構不穩(wěn)定性提升。為避免這類問題出現，結構周期折減系數的合理選擇必須得到重視，并結合墻的性質確定系數取值，一般取值范圍處于0.7～0.9區(qū)間。此外，可變荷載最不利布置問題也需在建筑框架結構設計中得到重視，以避免計算結果因此出現偏差，配合梁剛度放大系數的合理選用，即可更好提升建筑框架結果抗震性能，一般中梁、邊梁應分別取2.0、1.5。

2、計算模型問題

2.1 常見問題

建筑框架結構設計很容易在計算模型方面出現問題，如基礎寬度不足、分析軟件應用不當、繪圖存在缺陷等，具體問題表現如下：（1）基礎寬度不足。建筑框架結構中的條形基礎應用廣泛，但由于設計過程中存在力學模型應用不恰當問題，條形基礎的寬度很容易出現不足問題，框架結構的整體穩(wěn)定性往往會因此受到較為負面影響。此外，局部基礎寬度不足也屬于較為常見的設計問題，這一問題同樣需要得到重視。（2）分析軟件應用不當。圍繞建筑中所有梁柱參與受力開展的計算在設計中較為普遍，但對于無主次之分的梁來說，單純圍繞調整梁扭轉剛度基礎開展的計算往往會忽視樓板的約束作用，計算模型與實際受力將因此出現較大差異。（3）繪圖問題。在繪制梁的配筋平面施工圖過程中，部分設計師會出現單以配筋簡圖為依據的問題，由于缺乏相關資料支持，框架結構設計很容易因此出現加密區(qū)外箍筋抗剪強度不足問題，并最終影響結構安全性，這類問題必須在設計中得到避免[2]。

2.2 優(yōu)化策略

為解決上述問題，實現建筑框架結構設計的優(yōu)化，設計師必須合理選擇分析軟件，并合理設計梁柱中心線，具體策略如下：（1）分析軟件選擇。為滿足建筑框架結構設計需要，ABAQUS、PERFORM-3D、SATWE等設計軟件的合理選用必須得到重視，其中ABAQUS可較好滿足復雜的空間問題處理，并在非線性計算層面具備顯著優(yōu)勢；PERFORM-3D則能夠較好計算重力二階效應，配合其具備的建模功能，即可較好模擬梁、柱單元；SATWE可實現對框架結構梁、柱的模擬，在空間桿件支持下，還能完成實際受力狀態(tài)模擬，這同樣能夠為設計優(yōu)化提供支持。（2）梁柱中心線設計。作為建筑框架結構設計優(yōu)化的關鍵，必須重點關注梁、柱中心線優(yōu)化，以此嚴格遵循現行規(guī)范標準規(guī)定，保證二者中心重合，如出現偏移，則需考慮構造及受力的影響，必要時可采用水平方向加腋的方式進行處理。值得注意的是，在采用加腋處理后，對受彎承載力及剪壓比的驗算必須忽略處理帶來的有利影響，否則將導致驗算結果的準確性受到影響。

3、異型柱框架設計問題

現代房屋建筑的復雜程度不斷提升，異型柱框架結構也因此大量涌現，但結合實際調研可以發(fā)現，異型柱框架設計往往會面臨結構各個部件相互協調問題，建筑結構的牢固性、穩(wěn)定性很容易因此受到影響。為解決異型柱框架設計問題，設計需明確關注異型柱框架復雜問題的優(yōu)化，通過整理復雜的設計問題，將其簡單化，并重點關注結構體系、房屋形體、剛度的平衡，最終實現整體的協調性，滿足各類規(guī)范要求。具體設計可采用“多道設防”的方法，并重點改進配筋，異形柱橫、豎向柱肢的鋼筋設置需得到重視，對稱配筋可能出現的一排無法正常下放問題也需要針對性解決。此外，異形柱核心區(qū)箍筋相交處的主筋設置較為關鍵，配合針對性的抗震設計，即可更好滿足設計優(yōu)化需要。

結論：

綜上所述，建筑框架結構設計優(yōu)化存在較高現實意義，在此基礎上，本文涉及的抗震設計問題、計算模型問題、異型柱框架設計問題等內容，則提供了可行性較高的建筑框架結構設計優(yōu)化路徑。為更好保證建筑框架結構設計質量，設計師必須積累和總結實踐中的各種經驗，并基于持續(xù)化的探索和研究，不斷提升自身框架結構設計水平，滿足我國建筑業(yè)的發(fā)展需要。