試論建筑框架結構設計問題與優(yōu)化策略

【摘要】框架結構屬于我國建筑的主要結構形式，該結構較為適用于高層民用建筑和多層工業(yè)廠房，框架結構設計直接影響這類建筑的使用性能?；诖?，本文將簡單分析建筑框架結構設計面臨的問題，并深入探討優(yōu)化建筑框架結構設計的策略建議，希望研究內(nèi)容能夠為相關從業(yè)人員帶來一定啟發(fā)。

【關鍵詞】建筑;框架結構設計

框架結構具備效率高、成本低、可實現(xiàn)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(xiàn)分隔空間的靈活布置。但結合實際調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)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(shù)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(xiàn)，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(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)行規(guī)范，但框架結構很容易地震災害出現(xiàn)失穩(wěn)，這顯然會威脅使用者的生命財產(chǎn)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?shù)那闆r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(xiàn)的抗震設計問題，必須優(yōu)化相關計算參數(shù)，并嚴格遵循現(xiàn)行抗震設計規(guī)范。在抗震設計的參數(shù)計算過程中，建筑場地抗震設防系數(shù)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(xiàn)，結構周期折減系數(shù)的合理選擇必須得到重視，并結合墻的性質(zhì)確定系數(shù)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(xiàn)偏差，配合梁剛度放大系數(shù)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(diào)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(xiàn)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(xiàn)單以配筋簡圖為依據(jù)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)行規(guī)范標準規(guī)定，保證二者中心重合，如出現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)，但結合實際調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，異型柱框架設計往往會面臨結構各個部件相互協(xié)調(diào)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(xiàn)整體的協(xié)調(diào)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(xiàn)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(xiàn)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(nèi)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(zhì)量，設計師必須積累和總結實踐中的各種經(jīng)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。

參考文獻：

[1]周暉.以異型柱框架為例淺淡房屋建筑結構設計優(yōu)化技術應用[J].綠色環(huán)保建材，2019（05）：72+75.

[2]楊華.基于實例分析高層建筑框架剪力墻結構設計[J].四川水泥，2018（11）：87.

作者簡介：

盧鵬，1986年12月出生，男，山東人，本科，工程師，建筑設計方向。