淺談建筑工程中框架結構構造與設計

鄧 孔

(廣西宏冠工程咨詢有限公司，廣西壯族自治區 南寧市 530000)

淺談建筑工程中框架結構構造與設計

鄧 孔

(廣西宏冠工程咨詢有限公司，廣西壯族自治區 南寧市 530000)

針對框架結構這種我國廣泛采用的建筑結構形式，本文結合框架結構的特征和我國建筑工程中框架結構主要類型，淺析了框架結構總體構造要求與強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件、多道設防的基本設計原則。對建筑工程中的框架結構的構造與設計提供了一些參考和借鑒。

框架結構 建筑工程 構造與設計

框架結構是指由梁和柱以剛接或者鉸接聯接構成主要承重體系，由梁和柱組成框架共同抵抗結構使用過程中出現的水平荷載和豎向荷載的結構。由于框架結構在建筑上具有平面布置靈活，有利于形成大空間，力學上由于自重輕，有利于結構抗震等優點，這種結構體系廣泛應用于我國建筑工程中。作為我國應用最為廣泛的建筑結構體系之一，結合框架結構的結構和受力特征，探究分析建筑工程中框架結構的設計原則和方法、構造措施，對于提高框架結構抵抗荷載能力、加強框架結構建筑安全性，提高框架結構建筑的經濟適用性和耐久性具有重要意義。

1. 框架結構的結構特征和主要類型

框架結構的主要承重結構為梁和柱，受力體系簡單明確。由于構件截面相對較小，框架結構的承載力和剛度都較低，屬于柔性結構。其受力特征類似于豎向懸臂剪切梁，在強烈水平荷載（如地震作用、風荷載）作用下容易產生較大的水平位移。隨著層高的增加、結構高度的增大，底部柱承受的軸向壓力增大，特別是在水平荷載下梁柱產生的彎矩和整體位移迅速增大，導致梁柱截面和配筋的增加，從而給建筑平面布局帶來不便，影響建筑空間的合理使用。同時，隨著層高的增大，在建筑材料消耗和建筑造價方面也趨于經濟不合理。

框架結構在我國建筑工程中發展相對較為成熟，在實際應用中逐步形成了多種類型。目前我國常用框架結構按照施工方法的不同，主要分為現全澆框架、半現澆框架、裝配式框架、和裝配整體式框架。全現澆框架的承重構件梁、板、柱均為現場澆筑，具有較好的整體性，抗震性能好。其缺點在于現場施工量和模板使用量大、工期長。半現澆框架的梁柱為現澆，樓板為預制。由于樓板為工廠預制，大大減小了現場混凝土澆筑量，節約模板，但其整體性不如全現澆框架。裝配式框架是指構件在工廠預制，現場進行焊接裝配形成的框架結構，裝配式框架可以大大縮短工程工期，模板使用量小，便于機械化生產，但構件預埋件較多，用鋼量大，整體性相對較差，不利于抗震。裝配整體式框架集裝配式框架和現澆框架部分優點于一體，構件采用工廠預制，節點采用現澆，整體性較裝配式框架有所提高，但節點處的現場現澆施工復雜。按照框架結構的承重方式主要有全框架結構、內框架結構、和底層框架結構。全框架承重構件梁柱板全部采用鋼筋混凝土，整體性好；內框架結構由內部鋼筋混凝土框架和外圍磚砌體共同組成承重結構，這種結構體系由于采用砌體和鋼筋混凝土兩種不同彈性模量不同的材料組合。由于剛度的差異，在荷載作用下變形不協調，因此房屋整體性和剛度較差，設計中也不易控制構件破壞的過程；底部框架結構在我國中小城鎮和農村大量使用，這種結構形式能在底層提供大空間，同時上層采用砌體能降低造價，廣泛適用于底層商用店鋪，上層住宅的多層房屋建筑。但在近幾年發生的汶川地震、蘆山地震中，底部框架結構震害非常嚴重。其主要原因在于底部框架結構豎向剛度分布不均勻，上部砌體剛度較大，而底部框架相對較柔，導致在地震作用下底層破壞嚴重，甚至產生整體倒塌。

2. 框架結構總體構造要求

合理的結構構造是確保結構安全的基本要求。框架結構的結構總體構造需要滿足平面布置規則、立面布置合理，同時要求受力、傳力路徑清晰明確。

2.1 平面布置規則

規則的平面布置有利于使結構受力更加合理，有利于充分結構體系中發揮各受力的承載能力，是提高框架結構安全可靠性、經濟合理性的有效措施。規則的平面布置要求建筑在平面內形態規則，柱網分布均勻，盡量使結構的質量中心與剛度中心重合。合理的平面布置可以有效地減小結構在荷載作用下產生的扭轉效應，可以使內力在各構件之間均勻分布，避免受力集中，從而避免因局部破壞嚴重而導致的結構整體失效，或者不可修復的功能喪失。

2.2 立面布置合理

立面布置合理主要是為了保證各層之間質量、剛度變化均勻，避免出現局部剛度突變或者局部過剛或過柔，避免出現“鞭梢效應”。大量震害資料表明，框架結構的大量破壞都發生在質量、剛度突變區域。在無法避免的情況下，需要特別注意加強突變區域的構造措施。

2.3 傳力路徑明確

明確的傳力路徑是框架結構進行科學設計的重要前提。選擇傳力路徑明確的建筑形式能大大簡化結構設計的難度，有助于明確主要構件和次要構件，合理選擇結構材料，從而提高經濟性。

3. 框架結構設計的基本原則

科學的設計是保證結構安全性的重要環節。通過對框架結構在近幾年的幾次地震中的震害分析和總結，在框架結構的設計需要遵循以下幾點原則。

3.1 強柱弱梁

強柱弱梁是指在大震情況下實現梁鉸，即在柱形成塑性鉸破壞之前塑性鉸先在梁上開展。框架結構只有實現強柱弱梁，才能充分發揮結構延性，有效避免建筑整體倒塌。由于影響強柱弱梁的因素多，往往難以實現。為了保證強柱弱梁，在框架結構設計中，需要充分考慮樓板配筋的影響；考慮計算梁端與實際梁端位置不統一而導致的梁端計算負彎矩過大的影響。此外，在裂縫驗算時梁端彎矩的取值也需要合理，否則會導致梁端配筋過大。

3.2 強剪弱彎

由于剪切破壞表現為脆性破壞，因此在框架結構設計中需要保證鋼筋混凝土構件在發生受彎破壞之前不發生剪切破壞。這就需要充分驗算構件斜截面受剪承載力，使構件與正截面受彎承載能力相應的剪力低于構件斜截面受剪承載能力。保證強剪弱彎是延性設計的重要要求。

3.3 強節點、強錨固，弱構件

節點破壞和錨固失效是框架結構破壞的重要形式。一旦節點發生破壞或者出現錨固失效，構件往往不能充分發揮其承載能力，因此在框架結構設計中需要特別注意節點的設計和錨固驗算，保證在結構構件發生破壞之前不出現節點和錨固的失效。這就要求強節點、強錨固，弱構件。在設計過程中，需要嚴格按照規范進行節點設計和錨固驗算，根據結構抗震等級加強節點和錨固的構造措施，嚴格禁止發生節點破壞和錨固失效。

3.4 多道設防，保證結構冗余度

在框架結構設計中，需要保證充分的結構冗余度，保證大震情況下結構有做夠的安全裕度。當部分受力構件發生破壞的情況下，結構仍然能有一定的抗震能力，能保證框架結構繼續工作。在一定意義來講，部分構件的破壞的過程也是地震能量耗散的過程，因此只有結構有多道設防，有足夠安全裕度的情況下，才能保證結構安全。只有這樣才能實現“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震目標。

小結

建筑工程中的框架結構是一種廣泛采用的結構形式，在實際工程應用中表現為多種類型。在框架結構的總體構造方面，需要合理地進行建筑的平、立面布置，采用傳力路徑明確的建筑形式；在框架結構的設計過程中，要嚴格遵循強柱弱梁、強剪弱彎、強節點強錨固弱構件、多道設防確保結構冗余度的基本原則。

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1007-6344（2015）11-0155-01