建筑框架-筒體結(jié)構(gòu)剛性加強層設(shè)計分析

趙華琪

九易莊宸科技（集團）股份有限公司，河北 石家莊 050000

建筑框架-筒體結(jié)構(gòu)是施工中常用的建筑結(jié)構(gòu)模式，框架-筒體結(jié)構(gòu)通過混凝土墻板來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)承受力更強，內(nèi)部應(yīng)載力更強，因此可以維護結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定。作為一種特殊的建筑結(jié)構(gòu)，框架-筒體結(jié)構(gòu)對于建筑物的穩(wěn)定性影響較大。在水平結(jié)構(gòu)和豎直結(jié)構(gòu)上，框架-筒體的承受力更強。建筑施工中需要對框架-筒體的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，提高框架-筒體穩(wěn)定性，以此提高建筑物的性能。

1 框架-筒體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與特性

框架-筒體結(jié)構(gòu)（以下簡稱框-筒結(jié)構(gòu)）在平面上有各種形式，文章主要討論筒體布置在框架柱以內(nèi)的矩形框-筒結(jié)構(gòu)，其他形式的框-筒結(jié)構(gòu)的有關(guān)特性也是相似的。以往，框-筒結(jié)構(gòu)由于墻體較多，柱子又大又密，且柱子突出墻面，影響了內(nèi)部設(shè)施的布置，也限制了這種結(jié)構(gòu)類型的應(yīng)用。通過近幾年我國高層建筑的建設(shè)發(fā)展，特別是高強混凝土的采用、水平樓面構(gòu)件的研究和輕型建筑墻體的發(fā)展，框架柱網(wǎng)尺寸可以做到8～12m，框-筒結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)布置能做得更加合理，對于我國大多數(shù)18～33層的高層建筑來說，框-筒結(jié)構(gòu)不失為一種好的結(jié)構(gòu)類型。從我國已經(jīng)建成或設(shè)計的框-筒結(jié)構(gòu)來看，建筑高度許多已超出了《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，因此，在下次修訂規(guī)程時，建議能酌情增加房屋適用最大高度。框-筒結(jié)構(gòu)的柱子圍繞中央筒體周邊布置，特別是當柱距較小，外框柱的周邊梁斷面足夠大時，它又會有筒中筒結(jié)構(gòu)外筒的特性，如柱的剪力滯后效應(yīng)。但因為框-筒結(jié)構(gòu)的柱距較大，框架柱與筒中筒結(jié)構(gòu)的外筒受力特性有較大的不同，所以筒體本身承擔的彎矩比柱本身大得多。另外，由于框架柱布置在筒體的周圍，外部彎矩通過水平構(gòu)件（如框架的梁板）的剪切剛度，使柱子正面受拉、背面受壓，來平衡一部分彎矩，框架柱離筒體越遠，框架梁板剛度越大，平衡的彎矩比例也就越大，有時甚至能夠達到50%左右。作用在框-筒結(jié)構(gòu)上的扭矩主要按照結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的抗扭剛度來分配，如果框架柱斷面足夠大，離結(jié)構(gòu)的剪切中心較遠，框架柱也就能提供較大的抗扭力矩[1]。

2 框架-筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題

建筑框架-筒體結(jié)構(gòu)中存在很復雜的設(shè)計問題，直接關(guān)系到了建筑工程的安全性和穩(wěn)定性，為此相關(guān)人員需要提高施工質(zhì)量，對相關(guān)問題進行處理。

2.1 提高框架部分抵抗水平力的能力

由于框架柱在筒體的外面，建筑物的外形是由框架柱決定的，最外層框架柱離筒體越遠，框架梁的剛度越大，框架部分承擔的由水平力產(chǎn)生的彎矩的比例也越大，這也是保證高層建筑穩(wěn)定的必要條件。因此，在可能的條件下，框架柱應(yīng)布置得離筒體遠一些，也可以布置二層或多層框架。為了加強框架梁的剛度，應(yīng)保證框架梁有一定高度，樓蓋采用剛度較大的肋形樓蓋。目前出現(xiàn)的扁梁做法、板柱-筒體結(jié)構(gòu)體系，如果是從提高框架部分抵抗水平力的能力這個角度來看，作用較差，特別是板柱-筒體結(jié)構(gòu)，其抵抗水平力主要靠筒體，在可能的條件下，至少應(yīng)布置外框環(huán)梁[2]。

2.2 加強框架與筒體部分的聯(lián)系

框架側(cè)向剛度要比筒體差得多，因此，加強它們的聯(lián)系不如在筒中筒結(jié)構(gòu)中加強外筒與內(nèi)筒的效果明顯，目前大多是用設(shè)置加強層的辦法[3]。

2.3 加強內(nèi)部框架的承載力

為了加強框架的負載能力，建筑結(jié)構(gòu)加強層部分設(shè)計主要是從加強層彎度和矩形受力分析的視角上進行調(diào)節(jié)與控制。加強層在建筑結(jié)構(gòu)中的作用主要是增加支撐結(jié)構(gòu)的承載能力，避免局部損耗坍塌或者鋼結(jié)構(gòu)支撐體受力不穩(wěn)的問題。由此，建筑結(jié)構(gòu)加強層設(shè)計期間，自然也需要按照加強層的區(qū)域不同，對應(yīng)給予不同程度的梁高調(diào)整。例如，某建筑加強層部分梁高3300mm，有支撐梁8～10根，則進行加強層設(shè)計時，建筑中心和4個邊角部分的加強層數(shù)應(yīng)為2～3層，而其他連接部分的加強層為1～2層即可。也就是說，按照建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體需要，針對性進行加強層部分的調(diào)節(jié)與控制，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)加強層設(shè)計結(jié)構(gòu)的均衡性調(diào)整，還可以減少建筑項目規(guī)劃中的材料應(yīng)用數(shù)量。在選擇鋼筋的時候，需要確保鋼筋沒有出現(xiàn)拉伸、冷彎等情況，鋼筋的硬度直接關(guān)系到建筑框架-筒體結(jié)構(gòu)的強度，因此在檢查鋼筋的時候需要足夠嚴謹，確保鋼筋材料的質(zhì)量達標，只有達到要求的材料才能開展工作。很大程度上，鋼筋的存在就是為了實現(xiàn)建筑框架-筒體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，因此固定好鋼筋交叉點，將關(guān)系到建筑框架-筒體結(jié)構(gòu)的抗震性能以及穩(wěn)定性。在鋼筋綁扎完畢之后，不宜將端口暴露在外，而是要進行一定的外部保護，因此施工人員需要意識到，鋼筋的外包保護將會對鋼筋的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，在加固的時候需要防止外部人員踩踏導致鋼筋變形[4]。因為鋼筋加固是一項比較復雜的施工步驟，所以在施工的時候需要選擇有施工經(jīng)驗的以及專業(yè)技術(shù)過硬的人員來進行。要盡量提升鋼筋的穩(wěn)定性，最大程度上提高鋼筋的質(zhì)量，這對于建筑框架-筒體結(jié)構(gòu)來說至關(guān)重要。

2.4 框-筒結(jié)構(gòu)防線測量設(shè)計注意事項

筒體結(jié)構(gòu)剛性加強層設(shè)計中做好防線測量是為了得到準確的數(shù)據(jù)。測量前一般都要對施工地點進行考量，結(jié)合設(shè)計圖紙進行安排，并且還要對數(shù)據(jù)進行核對，提高精確度是測量的關(guān)鍵。防線測量時要根據(jù)設(shè)計圖紙和現(xiàn)場布局來科學合理地使用儀器，測量的時候需要做好軸線測量，做好標注之后為日后的工作提供保障與方便。在進行筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計防線測量的時候，需要使用的機器類別有很多，測量誤差大多是由防線測量的機器發(fā)生了故障或者是不準確造成的，因此在對防線測量的精確度提出更高的要求時，也應(yīng)該重視防線測量的機器[5]。在筒體結(jié)構(gòu)剛性加強層設(shè)計中，影響測量精確度的一個因素還有測量的技術(shù)。測量技術(shù)的不精確性會導致對機器的誤用，甚至會對測量的機器造成損壞。同時，測量技術(shù)的缺乏也會產(chǎn)生很多的麻煩，導致測量效率大大降低。為此，可以引進國外先進的測量技術(shù)，將理論與實踐相結(jié)合，在實踐中熟練掌握各種測量技術(shù)，優(yōu)化技術(shù)水平，思考如何解決技術(shù)難題[6]。

2.5 支持柱結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項

支持柱是建筑框架中縱向力支撐與防護的主要渠道，它主要利用了鋼結(jié)構(gòu)體系框架的垂直結(jié)構(gòu)負荷分析狀況對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計穩(wěn)定性進行強度調(diào)控。為確保建筑結(jié)構(gòu)的支撐體保持在穩(wěn)妥的結(jié)構(gòu)調(diào)控狀態(tài)，設(shè)計人員首先就要把握好支持柱結(jié)構(gòu)層面的要素。進行支持柱結(jié)構(gòu)調(diào)控時，設(shè)計人員應(yīng)按照建筑原有結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)圖規(guī)劃，在確定原有建筑結(jié)構(gòu)平穩(wěn)的狀態(tài)下，適當?shù)卦黾踊蛘呓档椭С种母叨?，以使剪力結(jié)構(gòu)與縱向支撐體之間保持受力協(xié)調(diào)的狀態(tài)。

3 結(jié)束語

綜上所述，剛性加強層設(shè)計技術(shù)在不斷發(fā)展，在此過程中，建筑框架-筒體結(jié)構(gòu)技術(shù)也在發(fā)展。施工人員通過優(yōu)化剛性加強層設(shè)計，減少建筑框架-筒體結(jié)構(gòu)中的一些缺漏，精確結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)等方式，可以在很大程度上提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量，提高建筑的強度，推動建筑行業(yè)的發(fā)展。目前的技術(shù)條件下，建筑框架-筒體結(jié)構(gòu)發(fā)展還有很大空間，對技術(shù)的優(yōu)化是建筑行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵一步，優(yōu)化框架-筒體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)還有很長路要走。