建筑工程框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題及處理對(duì)策

閆愛田

陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)研究院 陜西西安 710021

框架結(jié)構(gòu)是一種能夠進(jìn)行大規(guī)模施工、低成本高效率的建筑結(jié)構(gòu)。框架結(jié)構(gòu)有多種類型，在建筑工程中應(yīng)用越來越廣泛?？蚣芙Y(jié)構(gòu)采用的材料較少，可以大大降低建筑物的承載量，靈活安排空間的分離[1]。但由于多種因素的影響，建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)一些問題，導(dǎo)致建筑整體穩(wěn)定性和安全性下降。因此，有必要采取合理可行的優(yōu)化策略來解決設(shè)計(jì)中存在的問題。

1 建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題分析

1.1 計(jì)算模型方面的問題

在建筑工程中，條形基礎(chǔ)被廣泛應(yīng)用。在計(jì)算其寬度的過程中，由于模型的參數(shù)選用不當(dāng)，或在建模時(shí)，考慮不夠仔細(xì)，以致基底寬度不足，這將影響建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。如果建筑墻上有相對(duì)較大的力量集中，這部分力量就會(huì)通過鋼筋地基向地基擴(kuò)散。如果設(shè)計(jì)過程以平均荷載來確定條基的寬度，可能有局部基寬不足[2]。

1.2 配筋設(shè)計(jì)方面的問題

隨著社會(huì)的發(fā)展，高層建筑越來越多。規(guī)范根據(jù)不同的抗震等級(jí)，對(duì)高層結(jié)構(gòu)中框架柱及框架梁都有比較詳細(xì)的規(guī)定。配筋設(shè)計(jì)方面，對(duì)設(shè)計(jì)人員來說經(jīng)常出現(xiàn)的問題有以下幾點(diǎn):

（1）梁端底面與頂面縱向鋼筋面積的比值不符合規(guī)范規(guī)定。

（2）當(dāng)梁端縱向鋼筋配筋率大于2%時(shí)，箍筋直徑應(yīng)按照《高規(guī)》表6.3.2-2的值增大2mm。

（3）柱非加密區(qū)箍筋的間距，對(duì)于抗震等級(jí)為一、二級(jí)的框架結(jié)構(gòu)，箍筋間距不應(yīng)大于10倍的縱向鋼筋直徑。

1.3 抗震設(shè)計(jì)方面的問題

近年來，隨著建筑結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展和完善，高層建筑的不斷增多，框架結(jié)構(gòu)的抗震問題日益突出。然而，在一些建筑工程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)重視不夠。雖然結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性也符合現(xiàn)行規(guī)定，但結(jié)構(gòu)在發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)容易出現(xiàn)不穩(wěn)定。建筑工程采用框架結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)沒有充分考慮抗震設(shè)計(jì)，導(dǎo)致柱寬度和高度超過抗震標(biāo)準(zhǔn)的要求。同時(shí)，剪切壓力比也很高，影響了結(jié)構(gòu)的延性。由于箍筋缺乏有效的約束，導(dǎo)致柱端被破壞。

2 建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

2.1 避免過多出現(xiàn)短柱

在優(yōu)化建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)者應(yīng)充分考慮短柱的問題，并采取有效措施避免短柱。這是因?yàn)槎讨旧淼牡卣鹦阅茌^差。如果它們出現(xiàn)在框架結(jié)構(gòu)中，很容易影響結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和安全性。這里需要強(qiáng)調(diào)的是，在框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，樓梯間平臺(tái)梁的存在可能導(dǎo)致短柱的出現(xiàn)。這種情況基本上是不可避免的。應(yīng)嚴(yán)格按照國家現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定處理。為提高短柱的抗震性能，采用螺旋復(fù)合箍或井字復(fù)合箍，并提高其體積配箍率。

2.2 合理設(shè)計(jì)梁柱中心線

在框架結(jié)構(gòu)中，梁、柱的中心線是優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)給予足夠的重視。一方面要保證框架梁和框架柱的中心線設(shè)計(jì)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求，即梁柱的中心應(yīng)該重合。若將中心線偏移，則應(yīng)考慮偏心率對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受力和結(jié)構(gòu)的影響。另一方面，如果偏心率過大，即在這個(gè)方向上柱寬的1/4，可以采取水平方向加腋等措施。在對(duì)梁進(jìn)行軸向處理后，在檢查剪切壓力比和彎曲能力時(shí)，應(yīng)忽略增加軸向截面的有利影響，以免導(dǎo)致結(jié)果偏差。

2.3 運(yùn)用有效的構(gòu)造措施

（1）短柱處理。在設(shè)計(jì)大跨度的框架結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)充分考慮框架柱與樓梯位置平臺(tái)梁之間的連接。如果發(fā)生這種情況，樓梯位置的柱子可能形成一個(gè)短柱。在這方面，設(shè)計(jì)師可以在具體設(shè)計(jì)的過程中處理短柱的構(gòu)造。具體方法是對(duì)短柱進(jìn)行全高加密，從而進(jìn)一步提高框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。此外，如果有連續(xù)的窗梁布置，容易形成外框柱的短柱，可以采取有效的結(jié)構(gòu)措施來加固。

（2）結(jié)構(gòu)超長。當(dāng)框架結(jié)構(gòu)長度超過規(guī)范允許的限度時(shí)，為防止裂縫出現(xiàn)，可采用補(bǔ)償混凝土和設(shè)置溫度后澆帶的方法進(jìn)行處理。

（3）節(jié)點(diǎn)箍筋控制。在優(yōu)化框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)者必須嚴(yán)格遵循現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求，控制框架組合率，避免不必要的問題。同時(shí)，必須確保底層柱柱根以上1/3柱凈高的范圍。

2.4 對(duì)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選

根據(jù)現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，在計(jì)算建筑框架結(jié)構(gòu)的有關(guān)參數(shù)時(shí)，應(yīng)充分考慮建筑物位置的地震面積劃分，從而保證了基礎(chǔ)地震加速度值的合理性和可行性。這可以提高框架結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。當(dāng)框架結(jié)構(gòu)中存在填充墻時(shí)，結(jié)構(gòu)剛度將超過理論計(jì)算結(jié)果。因此，計(jì)算得到的地震效應(yīng)較小，框架結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性增大。為了避免這一問題，設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理選擇結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)。根據(jù)填充墻的性質(zhì)及數(shù)量的多少，高層結(jié)構(gòu)這個(gè)系數(shù)的值從0.6到0.7不等。

3 結(jié)語

總之，框架結(jié)構(gòu)由于其自身的特點(diǎn)，在建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于諸多因素，在框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)問題[3]。因此，我們應(yīng)該對(duì)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行綜合分析，并采用有效的方法和策略對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行優(yōu)化，以保證框架結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，從而延長建筑的使用壽命。應(yīng)對(duì)框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別是各種結(jié)構(gòu)措施進(jìn)行更多的研究，以便更好地為建筑框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)服務(wù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)將相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于實(shí)際工程，以減少各種問題的發(fā)生，進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。