建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及存在問題和解決措施

于橋

(保定市天元建筑設(shè)計(jì)有限公司，河北保定 072150)

自改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，建筑設(shè)計(jì)水平也在逐年提升，隨著建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化，這就要求建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在遵循原則下有更高層次的水平來滿足這些要求，當(dāng)然，這其中也存在很多問題，下面就這些問題來進(jìn)行討論。

1 建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循的原則

1.1 一定要?jiǎng)側(cè)岵?jì)，平衡結(jié)構(gòu)體系

建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一定要遵循剛?cè)岵?jì)的原則，眾所周知結(jié)構(gòu)太剛變形能力就差，而結(jié)構(gòu)太柔就會(huì)導(dǎo)致太脆。當(dāng)建筑框架結(jié)構(gòu)要承受強(qiáng)大破壞力在一瞬間來襲時(shí)，必然導(dǎo)致結(jié)構(gòu)部件部分受損或者全部損壞。在面對(duì)這個(gè)問題的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)一定不能使建筑結(jié)構(gòu)太剛。那么在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中是不是越軟越好呢，當(dāng)然不是。結(jié)構(gòu)柔一些是可以削弱外力，但缺點(diǎn)是容易變形缺乏支柱，必然導(dǎo)致全體傾覆。所以在建筑框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，一定要控制好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的剛度，既不能太剛也不宜太柔。這個(gè)問題也正是設(shè)計(jì)人員正在探索并密切關(guān)注的問題，現(xiàn)在的規(guī)定只是一個(gè)籠統(tǒng)的范圍，至于誰多誰少，目前尚沒有準(zhǔn)確定論。

1.2 一定要多道防線，降低結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)

層層設(shè)防能夠盡可能的降低結(jié)構(gòu)體系的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)突發(fā)狀況發(fā)生的時(shí)候，所有抵抗外力的結(jié)構(gòu)都在聯(lián)合抵抗，同時(shí)相互支撐，這就好比一個(gè)物體從高處掉下來，如果經(jīng)過一層層障礙物的阻礙，緩沖其速度，那么當(dāng)這個(gè)物體掉下來時(shí)可能就比沒有障礙物阻礙的物體或者障礙物少的受損度小很多。這個(gè)時(shí)候，我們不能把結(jié)構(gòu)重心全部寄托在單一的構(gòu)件上，在土建結(jié)構(gòu)中我們知道多肢墻要比單片的墻好，而框架剪力墻要比純框架好，我們知道鳥巢外形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，是多道防線設(shè)計(jì)思路的最好體現(xiàn)。

1.3 一定要抓大放小，保全重要結(jié)構(gòu)

在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有這么一種說法，那就是“強(qiáng)柱弱梁”“強(qiáng)剪弱彎”，這不禁勾起了人們對(duì)這種說法產(chǎn)生疑問，問什么結(jié)構(gòu)要強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，在我們的印象中強(qiáng)柱強(qiáng)梁肯定會(huì)比強(qiáng)剪強(qiáng)彎要更加結(jié)實(shí)，更加安全。但是如果所有的結(jié)構(gòu)構(gòu)件都強(qiáng)了就不好了，將會(huì)存在非常大的安全隱患。我們知道絕對(duì)安全的結(jié)構(gòu)在這個(gè)世界上是不存在的，無論哪種結(jié)構(gòu)體系都不能在任何情況都可抵御各種外界的破壞。每個(gè)構(gòu)件的作用都不同，整個(gè)結(jié)構(gòu)體系就是由這眾多的構(gòu)件協(xié)調(diào)組合而成，并依據(jù)其重要性來區(qū)分輕重。每個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件共同抵抗外力的目的，就是為了在遭遇強(qiáng)大的外界破壞力時(shí)，能夠保住其中最重要的部件不受損壞或者至少是最后才遭遇摧毀，這就是要做出取舍的時(shí)候了。所以最明智的選擇就是在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之初就先衡量孰輕孰重，哪部分是主要構(gòu)件，哪部分是次要構(gòu)件，當(dāng)強(qiáng)大的破壞力來臨時(shí)，首當(dāng)其沖的應(yīng)該是次要的構(gòu)件，在設(shè)計(jì)中各個(gè)部件千萬不可平均受力，那樣將損失慘重。我們知道在鋼框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果柱不幸倒塌，梁也不可能存在，而如果梁倒了的話，柱依然可能存在，這也就說明了柱起到的作用要比梁大。所以在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，為了保證柱免遭摧毀或者至少是最后才遭摧毀，這就要把梁放在相對(duì)比較薄弱的環(huán)節(jié)上，使其能夠承受大部分外來破壞力，盡可能阻擋對(duì)柱的破壞，使損失降至最低。而如果把梁和柱都設(shè)計(jì)在主要環(huán)節(jié)上，則有可能使梁和柱遭到同樣的破壞。

1.4 一定要使結(jié)構(gòu)合為一體

好的建筑框架結(jié)構(gòu)體系是一個(gè)整體的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)體系中沒有關(guān)節(jié)，并且能夠快速有效的傳遞并消除外力，盡量減少破壞力度，有了這個(gè)原則，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)就要想辦法把各個(gè)關(guān)節(jié)給“打通”，使之暢通無阻。前面我們提到的三個(gè)原則(“剛?cè)嵯酀?jì)”“多道防線”“抓大放小”)實(shí)施的基礎(chǔ)就是一定使結(jié)構(gòu)渾然一體，也就是說這個(gè)原則是前面三個(gè)原則的保障。總的來說，設(shè)計(jì)者要使原本保持平衡和靜態(tài)的構(gòu)件組合之后，在受到強(qiáng)烈的外力沖擊時(shí)還能保持原來的靜態(tài)，或者相對(duì)的靜態(tài)，這樣目的就達(dá)到了。

2 從概念設(shè)計(jì)上應(yīng)解決的問題

1)“強(qiáng)柱弱梁”節(jié)點(diǎn)的控制措施。我們強(qiáng)調(diào)的強(qiáng)柱弱梁節(jié)點(diǎn)的作用是為了在碰到罕見的大地震時(shí)，可以讓梁端在外力作用下形成塑性鉸，柱端不屈服，并且還可位于非彈性的狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)仍然可以在彈性的狀態(tài)當(dāng)中。設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，在建筑結(jié)構(gòu)許可的情況下，應(yīng)該要把柱的截面尺寸盡可能做大些，讓柱的線剛度要比梁的線剛度之間的比值大于1，柱子的軸壓比一定要滿足規(guī)定的規(guī)范。在設(shè)計(jì)中要充分注意節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，盡量讓塑性鉸要向著梁跨內(nèi)移。強(qiáng)柱弱梁節(jié)點(diǎn)問題的解決是至關(guān)重要的。

2)“強(qiáng)剪弱彎”的實(shí)施。保證構(gòu)件延性，防止脆性破壞是建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，而保障這個(gè)環(huán)節(jié)的主要措施就是“強(qiáng)剪弱彎”的實(shí)施。“強(qiáng)剪弱彎”主要是為了在結(jié)構(gòu)部件遭遇強(qiáng)大的罕見地震時(shí)，可以保證脆性剪切不會(huì)失效。

3 設(shè)計(jì)構(gòu)造中的常見問題及處理措施

3.1 嚴(yán)格控制框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)箍筋配置

設(shè)計(jì)人員應(yīng)該嚴(yán)格按GB 50011-2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中的規(guī)定來控制框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)配箍特征值及體積配箍率，這方面很多設(shè)計(jì)者往往會(huì)忽略，特別是不能滿足對(duì)柱軸壓比不大時(shí)(這個(gè)規(guī)定是為了保證節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)延性的重要構(gòu)造措施)的要求。對(duì)于這一點(diǎn)問題設(shè)計(jì)者以后應(yīng)該充分考慮到，以防止出現(xiàn)不必要的損失。

3.2 底層框架柱箍筋加密區(qū)的范圍不能滿足

在設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要留意在GB 50011-2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中有規(guī)定:“底層柱，柱根處箍筋加密區(qū)的范圍應(yīng)不小于柱凈高的1/3”，這是一新增加的規(guī)范要求，大多設(shè)計(jì)者可能都不太了解，以后設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該注意這個(gè)問題的解決。

3.3 框架梁上部縱筋端部水平錨固長度不能滿足

GB 50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中有規(guī)定:“框架端節(jié)點(diǎn)的地方，一旦框架梁上部縱筋的水平直線段錨固長度不足的時(shí)候，應(yīng)該向下彎曲并且伸到柱的外邊，控制好彎折前水平投影的長度一定要等于或者大于0.4LaE”，一旦框架柱的截面尺寸在400 mm×400 mm以下的時(shí)候，框架梁就易出現(xiàn)問題，這就會(huì)埋下一個(gè)很嚴(yán)重的安全隱患。

對(duì)于以上建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題，往往是設(shè)計(jì)者忽視的問題，只要設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)之初能夠做好前期準(zhǔn)備，重視這些問題，并按照國家規(guī)定來設(shè)計(jì)建筑，那么上述問題也就會(huì)隨之消失，建筑框架的結(jié)構(gòu)也就會(huì)符合標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

文章介紹了建筑框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，并且分析了概念設(shè)計(jì)，以及設(shè)計(jì)構(gòu)造過程中出現(xiàn)問題的解決方法，只有設(shè)計(jì)者能夠遵循這些原則，同時(shí)細(xì)心認(rèn)真，避免上述問題，才會(huì)設(shè)計(jì)出既安全又實(shí)用的優(yōu)秀作品來。

［1］ 陳翠榮.框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題［J］.山西建筑，2007，33(4)：58-59.

［2］ 肖燕武.淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2007(35)：107.