關(guān)于建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的淺論

林蔚

【摘要】隨著建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化，無論是工業(yè)建筑還是民用建筑，建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為現(xiàn)行比較常用的實(shí)際模式，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各類建筑中，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的各種難題也日益增多，因而作為一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者需要在遵循各種規(guī)范下大膽靈活地解決一些結(jié)構(gòu)方案上的難點(diǎn)、重點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】建筑框架；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；措施

1、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

1.1合理的建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該是剛?cè)嵯酀?jì)的。結(jié)構(gòu)太柔雖然可以很好的消耗地震力，但容易造成變形過大而無法使用甚至整體傾覆：結(jié)構(gòu)太剛變形能力就差，在高設(shè)防烈度地區(qū)，承受的地震力較大，容易造成局部受損最后全部毀壞。結(jié)構(gòu)是剛一點(diǎn)好，還是柔一點(diǎn)好，這個(gè)問題結(jié)構(gòu)專家歷來有爭(zhēng)論，現(xiàn)行的的規(guī)范也只是給出了限值。

1.2多道防線。安全的結(jié)構(gòu)體系是層層設(shè)防的，如果把結(jié)構(gòu)的安全全部寄托在某個(gè)單一的構(gòu)件上，是非常非常危險(xiǎn)的。如土建結(jié)構(gòu)中多肢墻比單片墻好，框架剪力墻比純框架好等等，就是體現(xiàn)了多道防線的設(shè)計(jì)思路?？蚣芙Y(jié)構(gòu)中填充墻的存在增加了框架結(jié)構(gòu)的整體剛度，在遭遇地震時(shí)，填充墻率先破壞，填充墻充當(dāng)了整個(gè)框架結(jié)構(gòu)的第一道抗震防線。但同時(shí)填充墻對(duì)框架結(jié)構(gòu)的承載力、剛度、變形都有影響，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

1.3框架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系應(yīng)滿足“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)錨固的基本設(shè)計(jì)原則。基于以上原則在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，把握好結(jié)構(gòu)方案，滿足承載力、變形、裂縫、撓度等要求是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人基本的設(shè)計(jì)步驟。此處就不再贅述。

2、建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)問題

2.1獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載取值問題

通常情況下，多層框架房屋采用的是柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的形式，而《抗震規(guī)范》中明確指出，在地基的主要持力層沒有軟弱粘性土層的情況下，當(dāng)建筑高度在25米以內(nèi)且層數(shù)在8層以內(nèi)的一般民用建筑，可以不對(duì)地基和基礎(chǔ)的抗震承載力進(jìn)行驗(yàn)算。但是在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該要將風(fēng)荷載考慮進(jìn)去。所以，不能因?yàn)橐话憬ㄖ诘卣饏^(qū)風(fēng)荷載不是控制荷載而忽略了。還有些設(shè)計(jì)師在進(jìn)行獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，柱腳內(nèi)力設(shè)計(jì)值取值不合理，只對(duì)軸力與彎曲采取了設(shè)計(jì)值，而未能考慮剪力，還有些甚至只取了軸力設(shè)計(jì)值。若獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)荷載取值不合理，將會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的不安全或者材料浪費(fèi)。

2.2基礎(chǔ)系梁的設(shè)置問題

如果基礎(chǔ)埋置深度較深時(shí)，可以用基礎(chǔ)系梁減少底層柱的計(jì)算長(zhǎng)度。在±0.000以下設(shè)置系梁，此時(shí)系梁宜按一層框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)系梁以下的柱應(yīng)按短柱處理。根據(jù)抗震要求，可沿兩個(gè)主軸方向設(shè)置構(gòu)造基礎(chǔ)系梁?；A(chǔ)系梁截面高度可取柱中心距的1/12～1/15。構(gòu)造基礎(chǔ)系梁縱向受力鋼筋可取上述所連接柱的最大軸力設(shè)計(jì)值的10%作為拉力或壓力來計(jì)算。當(dāng)為構(gòu)造配筋時(shí)，應(yīng)滿足最小配筋率；當(dāng)基礎(chǔ)系梁上作用有填充墻或樓梯柱等傳來的荷載時(shí)，應(yīng)與所連接柱子的最大軸力設(shè)計(jì)值的10%疊加計(jì)算。基礎(chǔ)系梁截面也應(yīng)適當(dāng)增加，算出的配筋應(yīng)滿足受力要求和構(gòu)造配筋要求。構(gòu)造基礎(chǔ)系梁頂標(biāo)高通常與基礎(chǔ)頂標(biāo)高相同。為減少基礎(chǔ)系梁計(jì)算跨度，可以將基礎(chǔ)梁下與獨(dú)立基礎(chǔ)的臺(tái)階或錐形斜坡之間的空隙部分用素混凝土澆筑至與基礎(chǔ)頂面平齊，再澆筑基礎(chǔ)系梁。

3、提高建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效性的措施

3.1建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求

自我國(guó)建筑物頻頻出現(xiàn)易倒塌、裂縫等現(xiàn)象以來，我國(guó)便對(duì)建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制定了設(shè)計(jì)規(guī)范來控制建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量，一定要做到以下三點(diǎn)：1）在設(shè)計(jì)前就應(yīng)該考慮到當(dāng)結(jié)構(gòu)中同時(shí)出現(xiàn)幾種作用效應(yīng)的時(shí)候，嚴(yán)密計(jì)算出每一種作用效應(yīng)，盡量按照最適合的作用效應(yīng)來設(shè)計(jì)，避免最不適合的效應(yīng)設(shè)計(jì)。2）計(jì)算及驗(yàn)算：應(yīng)當(dāng)計(jì)算每個(gè)構(gòu)件能夠承受的力量并且驗(yàn)算其在正常狀況下能夠承受的最大力量和構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度。3）抗震結(jié)構(gòu)：從唐山大地震到汶川地震，再到雅安地震，地震在我國(guó)頻頻發(fā)生，建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要重視抗震設(shè)計(jì)，應(yīng)該嚴(yán)格根據(jù)我國(guó)不同地區(qū)抗震等級(jí)的抗震設(shè)計(jì)來計(jì)算其所需要的參數(shù)值，嚴(yán)密設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@關(guān)系到人們的人身安全問題。

3.2從設(shè)計(jì)原則上提高有效性

1）抗剪措施。合理的建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是強(qiáng)剪弱彎的，主要作用是防止構(gòu)件的脆性被破壞，保持其延性。為了確保建筑物的結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷罕見地震的過程中其脆性不被破壞而剪切失效，應(yīng)該在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)增加承重構(gòu)件的抗剪承受力和抗彎能力。因此，在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要符合抗剪受力和抗彎能力的規(guī)范要求，加強(qiáng)抗剪構(gòu)造和驗(yàn)算框架梁。

2）強(qiáng)柱弱梁的措施。強(qiáng)柱弱梁是建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要原則之一，主要是為了確保梁和柱的延性，在罕見地震突然來襲時(shí)，這種設(shè)計(jì)可以保證柱端處于非彈性使梁端形成塑性鉸。因此，在我國(guó)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，盡可能把柱截面的尺寸做的更大些，讓梁線剛度與柱線剛度的比值控制在1之內(nèi)，同時(shí)控制柱軸壓比符合規(guī)范要求，加強(qiáng)延性。為了避免在經(jīng)歷罕見地震時(shí)梁端處于彈性狀態(tài)，不得把梁端的縱向受拉的配筋設(shè)計(jì)得太高，使塑性鉸出現(xiàn)或者移到立柱上去。

3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施

a.對(duì)大跨度柱網(wǎng)的建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該對(duì)柱箍筋的全長(zhǎng)進(jìn)行加密，避免因?yàn)闃翘萜脚_(tái)梁與在樓梯間處的框架柱相連接，使得樓梯間處的柱有成為短柱的可能。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意對(duì)柱的特殊改造。b.應(yīng)當(dāng)重視使外框架有成為短柱的可能，因?yàn)樵诳蚣芙Y(jié)構(gòu)外立面為帶形窗的設(shè)計(jì)時(shí)連續(xù)的窗必須超過梁，讓外框架柱有成為短柱的可能，應(yīng)當(dāng)引起重視。c.我們都很明確建筑物的裂縫給居民帶來的不便和損害，一般情況下在設(shè)計(jì)中是不得出現(xiàn)裂縫的。但是意外出現(xiàn)時(shí)，可以運(yùn)用混凝土來補(bǔ)償澆筑。在屋面適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)后澆帶，可以通過密而細(xì)的配筋來加強(qiáng)后澆帶使其更加穩(wěn)固。d.如果改變框架設(shè)計(jì)的消耗能量的形式，即從軸變向彎曲的方向發(fā)展，增加贅余的配件。由于贅余的配件在外力的作用下會(huì)失去原來效果，在較大地震來臨時(shí)，不僅僅可以利用這些贅余的配件彎曲來抵抗外來能量，還可以減少地震帶來的建筑物共振效應(yīng)，穩(wěn)固建筑物。

3.3從基礎(chǔ)面積和寬度的計(jì)算上提高有效性

建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中其有效性比較低或者建筑設(shè)計(jì)不合理的一個(gè)重要原因是，在計(jì)算其基礎(chǔ)面積或者寬度的時(shí)候，經(jīng)常不夠明確梁和柱的作用效應(yīng)或者考慮問題不夠全面詳細(xì)，導(dǎo)致基礎(chǔ)面積或?qū)挾壤速M(fèi)或者不足。當(dāng)有較大的力量作用在墻上的時(shí)候，雖然墻體可以把這種力量向地基擴(kuò)散，但是這樣的缺點(diǎn)是基底的反作用力量不平衡，并且其反力地基的擴(kuò)散范圍是有限的。為了避免出現(xiàn)基礎(chǔ)面積和寬度不足或者浪費(fèi)，在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以通過計(jì)算平均線荷來確定基礎(chǔ)所需要的值。因此，通常采用調(diào)整計(jì)算出的平均線荷來解決基礎(chǔ)寬度和寬度不足或者浪費(fèi)的問題，從而改善其有效性。

3.4從框架柱長(zhǎng)度方面提高有效性

在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，設(shè)計(jì)者往往會(huì)在地基上下一點(diǎn)設(shè)計(jì)一個(gè)連接的梁，這樣不僅可以提高建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性，還可以控制由于不穩(wěn)定而出現(xiàn)的移動(dòng)現(xiàn)象。這個(gè)起到連接作用的梁通常由兩個(gè)部分組成，框架柱的長(zhǎng)度的參數(shù)值由于連接的梁不可能穩(wěn)固整個(gè)建筑框架結(jié)構(gòu)，所以這個(gè)取值應(yīng)當(dāng)合理，即為基礎(chǔ)頂面和連接梁頂面之間的距離?；A(chǔ)頂面和連接梁頂面中較大力可以作為連接梁的設(shè)計(jì)依據(jù)，從而計(jì)算框架柱的長(zhǎng)度，提高建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性，促進(jìn)控制建筑物的穩(wěn)定性。

4、結(jié)語(yǔ)

總之，框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的易疏忽的問題。在工程設(shè)計(jì)中對(duì)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)體會(huì)，希望能給各位同行在今后的工程設(shè)計(jì)中有些幫助，以提高工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[2]GB50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013