現(xiàn)代建筑中框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鄭德鳳

（漢嘉設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司山東分公司，山東 濟(jì)南 250000）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，我國建筑工程建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，在現(xiàn)代建筑建設(shè)中，框架結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用。

1 現(xiàn)代建筑中框架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，框架結(jié)構(gòu)建筑數(shù)量逐漸增多，人們對框架結(jié)構(gòu)建筑工程的關(guān)注度也在不斷提升。通過對框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理應(yīng)用，可以讓建筑工程空間得以節(jié)省，同時(shí)對室內(nèi)設(shè)計(jì)具有積極影響?，F(xiàn)代建筑中框架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以歸納為以下幾個(gè)方面。

（1）現(xiàn)代建筑框架結(jié)構(gòu)施工中原材料使用相對較少，可以讓施工成本得到有效降低，并可以讓建筑空間得到靈活劃分[1]。

（2）可以讓建筑平面布置的靈活性、協(xié)調(diào)性得到保證，在一些空間相對較大建筑工程中，框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)勢較為明顯。

（3）梁柱結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化程度容易實(shí)現(xiàn)，可以在建筑工程質(zhì)量得到保證的同時(shí)，縮短施工工期，進(jìn)而保證施工進(jìn)度計(jì)劃全面落實(shí)。

（4）現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑工程具有較高的整體性、剛性，利用科學(xué)設(shè)計(jì)方法可以多樣化改造梁柱截面形狀，讓人們對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多樣化需求得到滿足。

2 現(xiàn)代建筑中框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

2.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

在現(xiàn)代建筑中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的是幫助建筑抵御自然界生成的荷載，同時(shí)服務(wù)于人類對空間的應(yīng)用需求與美觀需求，通常情況下，結(jié)構(gòu)自身之美蘊(yùn)含在建筑形象中。在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師應(yīng)遵循一定的原則。

（1）應(yīng)判斷建筑可行性。通過分析、計(jì)算，提供給建筑設(shè)計(jì)師修改意見、條件意見，完成結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)體系確定工作。

（2）應(yīng)對結(jié)構(gòu)變形、承載力、穩(wěn)定性、抗傾覆技術(shù)問題予以積極解決，對連接構(gòu)造、施工方法進(jìn)行細(xì)化處理。

（3）應(yīng)保證空間結(jié)構(gòu)承重體系、穩(wěn)定體系的可靠性，保證建筑結(jié)構(gòu)在日常荷載影響下具有平衡穩(wěn)定性，同時(shí)可以對風(fēng)荷載、地震荷載予以抵御，結(jié)構(gòu)動力性能相對較好。

（4）現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循統(tǒng)一性原則，保證材料性能、結(jié)構(gòu)形式高度統(tǒng)一，不同材料應(yīng)具有差異化結(jié)構(gòu)選型，提升整體合理性、經(jīng)濟(jì)性[2]。

2.2 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

框架結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)形式中的重要類型，在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作開展中，設(shè)計(jì)師應(yīng)遵循以下基本原則。

（1）剛?cè)徇m度原則。建筑框架結(jié)構(gòu)剛度如果過大，就會影響其整體柔韌度，柔度如果過大，就有可能導(dǎo)致框架變形情況產(chǎn)生。在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)師應(yīng)遵循剛?cè)徇m度原則，對框架結(jié)構(gòu)剛?cè)岫扔枰試?yán)格把控，保證剛?cè)岫仍O(shè)計(jì)合理性、科學(xué)性，避免因外力影響讓建筑工程受到損壞。

（2）主次分明原則。在框架結(jié)構(gòu)中，不同構(gòu)件具有不同作用，設(shè)計(jì)師應(yīng)遵循主次分明原則，確保其整體結(jié)構(gòu)具有良好的協(xié)調(diào)性、統(tǒng)一性，在外力作用影響下，建筑結(jié)構(gòu)各構(gòu)件依然能發(fā)揮其作用，共同形成對外力破壞進(jìn)行抵抗的能力

（3）多道防線原則。設(shè)計(jì)師應(yīng)在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中遵循多道防線原則，一方面，應(yīng)保證建筑工程可以順利投入使用，且使用壽命滿足整體投運(yùn)要求；另一方面，應(yīng)保證在外力侵襲、破壞下，其整體結(jié)構(gòu)與居民均具有安全性，讓建筑結(jié)構(gòu)外力抵抗能力得到保證。

3 現(xiàn)代建筑中框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

3.1 民用建筑

在民用建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，當(dāng)前存在的主要問題體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）在部分建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，存在缺少人性化設(shè)計(jì)。建筑結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)科技投入過高，但是沒有做到因地制宜、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、就地取材，這會讓整體成本加大，且會造成資源浪費(fèi)問題。與此同時(shí)，在部分建筑工程中，存在技術(shù)大量引進(jìn)，但是與實(shí)際需求偏離情況，如居住環(huán)境結(jié)構(gòu)過于形式化，沒有對當(dāng)?shù)赝寥?、氣候條件予以考量等。（2）在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，存在框架整體選材不合理現(xiàn)象。此類問題會對建筑框架產(chǎn)品綜合質(zhì)量造成不利影響，縮短建筑框架使用壽命[3]。

3.2 工業(yè)建筑

在工業(yè)建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，存在設(shè)計(jì)師考量不全面的問題。工業(yè)建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、使用、材料投入以及管理等內(nèi)容具有密切聯(lián)系，如果設(shè)計(jì)師沒有對整體框架結(jié)構(gòu)全生命使用周期及建設(shè)全過程進(jìn)行考量，就可能讓其產(chǎn)生設(shè)計(jì)問題。與此同時(shí)，在現(xiàn)代工業(yè)建筑中，其施工過程中會有渣、煙、塵、毒、濕、噪聲污染產(chǎn)生，如何在建筑中框設(shè)計(jì)中貫徹綠色環(huán)保理念，并以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減少未來可能出現(xiàn)的污染問題是設(shè)計(jì)師需要考量的重要內(nèi)容。

4 現(xiàn)代建筑中框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

4.1 基本措施

在民用建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)對技術(shù)、建材進(jìn)行合理選擇，控制成本投入，保證產(chǎn)出質(zhì)量，讓優(yōu)良的室外環(huán)境與建筑室內(nèi)環(huán)境得到有效結(jié)合，共同提升住戶居住品質(zhì)。在此過程中，設(shè)計(jì)師可以在設(shè)計(jì)方案中適當(dāng)融入具有當(dāng)?shù)靥厣脑?，并積極使用當(dāng)?shù)靥厣ú摹Ｔ诠I(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師應(yīng)對材料選擇工作予以嚴(yán)格開展，避免有偷工減料行為出現(xiàn)；與此同時(shí)，因?qū)Y(jié)構(gòu)材料耐火等級、耐壓等級進(jìn)行全面分析，并積極使用吸聲材料、綠色材料，為綠色工業(yè)建筑發(fā)展起到推動作用。

4.2 案例分析

以建甌家居建材生活廣場為例。該項(xiàng)目位于福建省建甌市，南臨瑤坪路、北鄰建甌西站、東臨站前路。該項(xiàng)目包含1#～12#，及B3、B4地塊地下車庫，其中4#、5#主樓部分為辦公式公寓，1#為紅星美凱龍綜合建材商場，其他樓座均為商鋪式建材商店。此次項(xiàng)目負(fù)責(zé)1#、2#單體及北區(qū)地下車庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建筑面積約6萬m2，其中1#為大型框架結(jié)構(gòu)。在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作開展中，設(shè)計(jì)師主要做好了以下基本工作。

（1）科學(xué)設(shè)置基礎(chǔ)系梁。在建筑工程框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果建筑工程基礎(chǔ)埋深相對較大，那么設(shè)計(jì)師可以對基礎(chǔ)系梁進(jìn)行使用，讓底層柱計(jì)算長度得以減少。如在±0.00以下進(jìn)行系梁設(shè)置工作，設(shè)計(jì)師可以依照一層框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，針對系梁以下柱，可以將其視為短柱進(jìn)行處理。針對系梁截面高度，可以根據(jù)柱中心距1/12～1/15進(jìn)行取值；針對構(gòu)造基礎(chǔ)系梁縱向受力鋼筋，可以依照連接柱最大軸力設(shè)計(jì)值10%作為壓力、拉力進(jìn)行計(jì)算。與此同時(shí)，可以適當(dāng)增加基礎(chǔ)系梁截面，保證計(jì)算配筋數(shù)量可以讓構(gòu)造配筋要求、受力要求得到滿足。也就是說，如果需要設(shè)置基礎(chǔ)拉梁，應(yīng)將其盡量設(shè)置在框架柱之間，若是墻體不在框架柱之間，那么可以使用素混凝土基礎(chǔ)；如果不需要設(shè)置基礎(chǔ)系梁，那么填充墻可以使用素混凝土條形基礎(chǔ)[4]。

（2）判定處理結(jié)構(gòu)薄弱層。薄弱層主要指的是在強(qiáng)烈地震影響下，結(jié)構(gòu)首先屈服，并有較大彈塑性位移出現(xiàn)的部位，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)保證此類部位承載力可以滿足抗震要求。第一，薄弱層判斷。在薄弱層判斷工作中，現(xiàn)階段，主要可采用計(jì)算判定、個(gè)人制定以及強(qiáng)制認(rèn)定3種方法。如利用PKPM的SATWE軟件，就可以結(jié)合個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，通過計(jì)算明確建筑工程結(jié)構(gòu)薄弱層，在具體計(jì)算中，如果結(jié)構(gòu)有轉(zhuǎn)換層存在，豎向抗側(cè)力構(gòu)件非連續(xù)構(gòu)件，那么會強(qiáng)制認(rèn)為此層為建筑工程結(jié)構(gòu)薄弱層。第二，薄弱層處理。為做好薄弱層處理工作，設(shè)計(jì)師可采用基本方法是增加整體抗側(cè)移剛度，讓該層梁截面、柱截面得以擴(kuò)大。與此同時(shí)，如果整體條件允許，設(shè)計(jì)師可以采用改變層高、減少基礎(chǔ)埋深的方法進(jìn)行處理。在具體處理過程中，如果發(fā)現(xiàn)薄弱層無法避免，設(shè)計(jì)師應(yīng)在結(jié)構(gòu)計(jì)算以及結(jié)構(gòu)出圖過程中，根據(jù)科學(xué)規(guī)定，采取一定處理措施，計(jì)算薄弱層抗震剪力乘1.15放大系數(shù)，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)。依照構(gòu)件實(shí)際配筋及材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，可以完成樓層受剪承載力計(jì)算工作，依照計(jì)算結(jié)構(gòu)與罕遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，可以完成樓層彈性地震剪力比值計(jì)算工作。

（3）注重樓板開洞結(jié)構(gòu)。在該工程項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)師對樓板開洞結(jié)構(gòu)計(jì)算工作給予了高度重視?，F(xiàn)階段，樓板開洞結(jié)構(gòu)在我國建筑工程框架結(jié)構(gòu)中得到了廣泛使用，如果開洞面積在樓層面積的1%～30%，那么可以判定其為平面不規(guī)則形式，對此，應(yīng)在計(jì)算時(shí)對軟件進(jìn)行合理選擇。如在使用PKPM軟件時(shí)，針對SAT、TAT、IVE，就可以利用兩種方式開展具體處理工作，TAT軟件應(yīng)用中，會定義無樓板節(jié)點(diǎn)為彈性節(jié)點(diǎn)，說明此節(jié)點(diǎn)不會受到剮性樓板假定限制。通過對平面內(nèi)剛度進(jìn)行計(jì)算，可以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)際情況高度相符，在具體計(jì)算中，首先應(yīng)對彈性膜或彈性節(jié)點(diǎn)予以正確定義，然后在后續(xù)計(jì)算工作中利用總剛計(jì)算法。

（4）處理框架梁柱偏心問題。在工程建設(shè)中，因?yàn)榻ㄖI(yè)需要，需要保證外墻和柱邊平齊，在此工作中，針對框架梁設(shè)計(jì)工作，設(shè)挑耳和與柱偏心是設(shè)計(jì)人員的主要選擇方向。如果選擇設(shè)挑耳，那么需要確保框架柱中心和框架梁為中心對齊狀態(tài)，讓梁柱受力均勻，但填充墻上部縱筋、下部縱筋錨固工作存在一定困難；如果設(shè)置框架柱和框架梁偏心，那么在地震影響下，可能會出現(xiàn)梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)受剪面積不足現(xiàn)象，進(jìn)而對柱產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)情況，對此，設(shè)計(jì)師可以針對外框架梁利用設(shè)挑耳方法，讓填充墻偏心問題得到有效解決。

（5）合理選用計(jì)算參數(shù)。在建筑工程框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師應(yīng)對計(jì)算參數(shù)進(jìn)行合理選用。結(jié)合該建筑工程項(xiàng)目，首先，設(shè)計(jì)師應(yīng)重點(diǎn)選用梁扭矩折減系數(shù)，在現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)中，如果梁兩邊沒有弧形梁、樓板，可以將其扭矩折減系數(shù)設(shè)為1.0；如果兩側(cè)有樓板存在，需要折減梁扭矩，一般情況下，其折減系數(shù)是0.4。其次，設(shè)計(jì)師應(yīng)對梁端負(fù)彎矩調(diào)整系數(shù)及梁彎矩放發(fā)系數(shù)進(jìn)行合理選用，避免因此產(chǎn)生材料浪費(fèi)現(xiàn)象，并保證施工工作順利完成[5]。

5 結(jié)束語

綜上所述，建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師遵循剛?cè)徇m度原則、主次分明原則以及多道防線原則，通過科學(xué)設(shè)置基礎(chǔ)系梁、判定處理結(jié)構(gòu)薄弱層、注重樓板開洞結(jié)構(gòu)、處理框架梁柱偏心問題以及合理選用計(jì)算參數(shù)的主要策略，可以讓建筑工程中框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作得以高質(zhì)量完成。