框架結構設計中的常見問題及對策

李瑞新

（黑龍江省建筑標準設計研究院有限公司，150001）

框架結構設計中的常見問題及對策

李瑞新

（黑龍江省建筑標準設計研究院有限公司，150001）

經濟社會的迅速發展為建筑行業的發展帶來了新的契機，人們對于多功能建筑的需求使建筑框架設計面臨著新的挑戰。建筑結構設計是一項系統的、全面的工作。其中，框架結構設計是較為基礎的一種結構設計方式，也是建筑設計中十分重要的設計方式，保證建筑框架結構設計的質量和水平一直是建筑行業普遍關注的問題。

框架結構設計 常見問題分析 有效對策

建筑結構設計作為一種設計形式，需要設計者擁有扎實的理論知識以及創新的思維，并能夠以嚴謹認真的態度對待設計中遇到的各種問題。隨著建筑行業的發展，建筑設計思想在不斷更新，建筑結構日益復雜，這給結構設計以及施工都提出了更高的要求，這就需要建筑企業認真分析建筑結構設計中存在的問題，并在此基礎上制定有針對性的解決措施，從而在建筑設計中靈活的運用框架結構，給人們帶來更好的居住體驗。

1. 建筑框架結構簡介

1.1 框架結構的定義

隨著多功能建筑的發展，框架結構在建筑設計中的使用也逐漸增多。本質上來講，框架結構就是由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而構成承重體系的一種結構，即由梁和柱組成框架共同抵抗建筑物在使用過程中承受的水平荷載以及豎向荷載。它可以有效的提高建筑物的穩定性和耐久性。框架結構的墻體不承重，僅起到到圍護以及分隔的作用，這就更有助于拓展建筑物的使用空間、豐富建筑物的使用功能。

1.2 框架結構的特點

建筑結構種類繁多，各有特點。框架結構是眾多建筑結構中較為普通的一種，在建筑工程中得到了廣泛的使用。從整體上來說，框架結構主要有以下幾個特點：1）自重較輕。框架結構自重輕，節省材料，可以有效的降低工程成本，對其工程造價控制也較為簡單，施工進度也容易掌控，能夠收到很好的經濟效益。2）靈活性好。與普通構造相比，框架結構不僅結實耐用，而且有很大的自如性、延展性，因此受到各設計師的喜愛。在施工過程中，可以根據施工要求對框架設計進行修改，有助于提高建筑的功能性。此外，框架結構還可以較靈活的配合建筑的平面布置，利于安排需要較大空間的建筑結構。這樣的設計可以使建筑物的空間布局更為合理，進而提高了空間利用率，為人們創造出更為舒適的居住環境。3)當采用現澆混泥土框架時，結構的整體性及剛度都比較好，能達到較好的抗震效果。另外梁柱可以根據自己的需求，澆筑成各種需要的形狀。

2. 計算模型存在的問題分析

PKPM軟件中用JCCAD計算多層框架的大偏心柱獨立基礎設計中，計算出基礎的基底面積普遍增大。尤其對三層以下的框架角柱基礎變化較為明顯。基于上述原因，本人根據多年的設計實踐和體會，就此問題提出一些建議如下：可以通過對于低壓縮型的硬土（卵石層）或在特殊荷載作用或在多組荷載組合中，合理利用基礎允許出現拉應力；可以通過合理計算天然地基及基礎的抗震承載力驗算；可以通過合理確定框架柱的計算長度，采取切實可行的設計措施，盡量縮短底層柱計算長度，減小柱底彎矩，合理解決大偏心柱基礎基底面積偏大的問題，保證獨立基礎設計的安全、可靠、經濟、合理。

3. 配筋問題分析

3.1 框架柱配筋問題分析

對于采用框架結構的高層建筑而言，水平荷載的控制是建筑框架結構設計中的重點，因為水平荷載對建筑結構的傾覆力矩及其在豎向構件中引起的軸力和建筑高度的平方成正比，且頂點的位移與建筑高度的4次方成正比。在高層建筑的框架頂層，風的作用力較大，而屋面結構荷載傳給邊柱的軸向總力總是比樓層邊柱總力要小一些，因此柱頂存在大偏心問題，在這種情況下，頂層邊柱節點出現的軸向力對于截面重心的偏心距比柱截面高度的一半還多，所以要加大對頂層邊柱的配筋量。當建筑物地上部分采用圓柱時，出于施工便利的考慮，地下部分要使用方柱，地上圓柱的縱筋根數要在8根以上，并用螺旋箍進行箍筋，地下方柱要用井字箍進行箍筋，還要進行必要的加密。

3.2 框架梁配筋問題分析

為了減少占地面積，或者實現建筑結構設計的某些功能，通常會在框架的梁端設計挑粱。在框架結構設計中，框架梁與外挑梁的斷面尺寸是存在差異的，但是很多設計人員在繪制設計圖紙使往往為了省事兒，只是將框架梁的一些主筋向外挑梁進行延伸就可以，實際上，這些延伸后的主筋，很多都沒有伸進挑梁，如果在結構設計查驗時沒有發現這一問題，那么進行實際施工時，很多的鋼筋都已經截斷成型，造成的損失也就無法挽回了。進行框架結構設計時，如果框架梁上出現次梁情況，應當優先進行箍筋，并避免將次梁搭接在主梁的支座附近，避免主梁出現抗扭現象，當外部梁的跨度基本一致時，應當盡量保證相同的梁高。

4. 樓板開大洞問題分析

樓板開洞結構是建筑框架結構設計中常見的結構形式，當開洞面積大于樓板總體面積的30%時應當進行處理。處理方法有兩種，一種是用TAT 軟件，忽略樓板的剛度，定義一個彈性節點；一種是用SATWE軟件，將整個樓板定義為彈性膜。當建筑采用剛網架時，樓板開大洞問題只能通過SATWE軟件進行處理，也就是輸入1板厚將其定義為彈性膜。無論采用哪種設計方法，在定義了彈性節點或者彈性膜之后，都要用總剛計算法進行計算，如若不然，側剛度計算法應當仍然按照剛性樓板來計算其結構內力和配筋,這一點需要格外注意。

5 柱的抗震設計問題分析

近年來，隨著我國人口日益增長，城市設施的復雜，土地需求越來越大，導致建筑用地日益緊張，建筑對使用功能和環境功能的要求越來越高，要求抗震設計達到的目標也是越來越高。在這樣的背景下，在全國范圍內推廣建筑結構設計的防震設計顯得尤為重要。從整體上來講，建筑框架結構設計的防震設計可以從以下三個方面著手：一要做好柱防震。由于柱的平均剪應力太大會對柱產生脆性損害，平均壓應力以及軸壓比太大會對柱的混凝土造成壓碎性破壞，因此，柱的截面尺寸必須滿足以下要求：寬度大于 300mm；高度大于 300mm；截面高寬比小于3；剪跨比大于2。二要做好柱縱向鋼筋的配置。首先，縱向鋼筋應當對稱配置；為了使柱具有良好的延展性，其最小配筋率要達到國家相關的防震要求，鋼筋連接方法的選擇要遵循國家相關標準的規定；為了防止柱縱向鋼筋出現彎曲并提高鋼筋的粘結強度，施工人員應當在鋼筋的連接處加密箍筋。三要做好柱的箍筋工作。由于在地震力的作用下，柱端的鋼筋保護層會首先碎裂脫落，因此設計人員要按照國家相關的抗震規范進行框架柱的箍筋構造設計，用足夠的鋼筋進行約束，防止縱筋出現膨脹與扭曲現象，避免柱端遭受損害。

結語：

建筑結構設計是建筑工程的重要組成部分，隨著多功能建筑的發展，建筑結構設計勢必將面臨著更多的挑戰，這就需要結構設計人員能夠十分認真的對待自己的工作，能夠從基本構件出發，嚴格遵守相關的設計規范以及章程，并與其他的設計進行密切配合，制定出合適的框架結構設計方案。目前，框架結構設計中還存在一些問題有待解決，建筑企業應當重視這些問題，并進行妥善的解決，不斷提升建筑框架結構設計的水平和設計質量。

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