框架結構設計常見的問題及對策

李曉男

【摘 要】在框架結構設計中容易出現疏忽的問題有很多，這些問題如果處理不好或計算過程中未加考慮不但會導致結構的不合理，甚至會造成結構的不安全。作為從事建筑結構設計的我們不僅要精于結構電算分析，更應注意克服在設計過程中遇到的結構問題，以保證施工圖設計更完善、結構更安全、經濟、耐久、適用等。本文分析了當前框架結構設計中應注意的幾個問題和對策，使我們在遵循各種規范的前提下快速把握框架結構的設計原則和一些容易忽略的問題，以提高框架結構的設計水平。

【關鍵詞】框架結構；存在問題；對策

0.引言

框架結構在我國已經成為一種主要的建筑結構形式，但是框架結構的設計理論還是停留在原有落后的基礎上，這給我們國家的工民建行業的發展帶來了一定的局限，尤其是坐落在一些地震帶上的建筑，給廣大群眾的生產生活帶來了一定的影響。同時，不合理的設計也嚴重的影響了建筑的壽命。

1.框架結構設計原則

1.1剛柔并濟設計理念

合理的建筑結構體系應該是剛柔相濟的。結構太柔雖然可以很好的消減外力，但容易造成變形過大而無法使用甚至全體傾覆：結構太剛則變形能力差，承受的力很大時，容易造成局部受損最后全部毀壞。結構是剛一點好，還是柔一點好，這問題歷來都是結構專家們爭論的焦點，現今的規范給出的也只是一些控制的指標，但無法提供精確答案。

1.2安全的結構體系

安全的結構體系是層層設防的，災難來臨，所有抵抗外力的結構都在通力合作，集體對抗。這時候，如果把建筑結構安全的希望全部寄托在某個單一的構件上，是非常危險的。如土建結構中框架剪力墻比純框架好，多肢墻比單片墻好等等，就是體現了多道防線的設計思路。

2.框架結構設計存在的問題

2.1基礎寬度和面積的計算

通常在計算基礎寬度或面積時，我們往往由于力學模型不明確或考慮問題不周詳，導致基礎寬度或面積不足。如某墻體上作用有較大集中力的情況，當墻體上有較大的集中力作用時，通過墻體和基礎可將集中力向地基擴散，但這種擴散是有一定范圍的，且基底土反力并不均勻分布。若設計者在設計時用該集中力除以墻段長度得到的平均線荷來確定基礎寬度，則導致局部基礎寬度不足。因此，必須加大基礎寬度以滿足地基承載力的要求。通常采用局部調整系數調整基礎寬度的方法解決此類問題。當前我們常用的框架結構空間分析計算軟件都是以整幢樓的梁、柱整體參加工作進行計算分析的，而對部分梁而言，盡管相交梁截面尺寸不同，相互之間卻不存在主、次梁關系，設計人員在繪制施工圖時，應注意配筋形式與受力分析相匹配。目前在一些三維空間分析軟件中，雖已調整梁的抗扭剛度，但計算出來框架邊梁扭矩筋仍很大，因程序不計樓板對梁的約束作用（即實際扭矩設計算值那么大），所以與實際受力與計算模型不符。可把次梁支座改為鉸支座，并配以構造處理。

2.2注意構造措施問題

一是對于大跨度柱網的框架結構，框架柱在樓梯間處與樓梯平臺梁相連，使得樓梯間處的柱可能成為短柱，這時應對柱箍筋全長加密。這一點，在設計中容易被忽視，應引起重視。二是當框架結構的外立面為長帶形窗時，因設置連續的窗過梁，使外框架柱可能成為短柱，應注意加強柱的構造措施。三是對于框架結構長度略超過規范限值。建筑功能需要不允許留縫時，為減少有害裂縫（規范規定裂縫寬度小于0.3），可采用細而密的雙向配筋，構造間距宜小于150岫，建議采用補償混凝土澆筑。對屋面宜設置后澆帶，后澆帶處按構造措施宜適當加強。

2.3如何處理薄弱層

薄弱層是對抗震極為不利的結構層，原則上應避免出現薄弱層。避免出現薄弱層的最基本方法是加大該層的抗側移剛度，即加大該層的柱截面或梁截面；如果條件允許，可以改變該層層高或減少基礎埋置深度。當無法避免出現薄弱層時，在結構計算和出圖時必須按照規范規定采取相應的措施。根據《建筑抗震設計規范》第3.4.3.2條及第5.5.2條至第5.5.5條的規定，除對薄弱層的地震剪力乘以1.15倍的放大系數外，還應對結構的樓層屈服強度系數進行驗算。樓層屈服強度系數為按構件實際配筋和材料強度標準值計算的樓層受剪承載力和按罕遇地震作用標準值計算的樓層彈性地震剪力的比值，如果在地震烈度Ⅶ～Ⅸ地區的結構樓層屈服強度系數小于0.5時，應對結構進行彈塑性變形驗算，符合表5.5.5的規定。如果不符合上述要求，必須對結構布置進行調整。

2.4短柱

在框架結構中，如果柱凈高與柱截面高度之比等于4或剪跨比小于等于2，那么該柱為短柱。短柱在地震作用下，容易發生脆性破壞。因為短柱的受剪承載力及變形能力不足，會引起建筑物的嚴重破壞，設計上應盡可能避免。短柱的形成主要有兩種原因：①由于樓梯間半休息平臺或結構局部錯層造成兩個框架梁之問的框架柱凈高較小引起的；②填充墻設置不當，造成某層的框架柱兩側一部分無填充墻，一部分有填充墻，無填充墻的柱凈高與柱截面之比往往小于等于4，形成短柱。處理短柱主要是增加柱的抗剪承載力及改善其變形能力，一般采用復合箍筋，箍筋沿全高加密；保證短柱的縱向鋼筋對稱布置，且每側的縱向鋼筋

配筋率不宜大于1.2%的方式處理，也可以采用外包鋼板、配x形鋼筋等方式處理。

2.5非結構構件設計

根據《建筑抗震設計規范》第3.7.1條規定，非結構構件，包括建筑非結構構件和建筑附屬機電設備、自身及其與結構主體的連接，應進行抗震設計。比如框架結構中女兒墻構造柱的設置，尤其注意女兒墻高度大于1.0m時，應注意采取結構構造措施，保證女兒墻的穩定；還有建筑裝飾用的砌塊柱的穩定性、突出屋面的小構架內力與配筋（應與主體結構一起輸入計算）。《建筑抗震設計規范》第13章對此有專門規定，設計人遇到類似工程應嚴格遵守此規定。突出屋面的屋頂間、女兒墻、煙囪的地震作用效應，宜乘以增大系數3.此增大部分不應往下傳遞，但與該突出部分相連的構件應計入，具體詳見《建筑抗震設計規范》第5.2.4條的規定。框架結構中突出屋面的電梯間、樓梯間、水箱問應采用框架承重，不應采用砌體承重。

2.6鋼筋混凝土保護層厚度的取值

2.6.1存在問題

混凝土保護層的作用是保護鋼筋不發生銹蝕，并保證鋼筋的粘結錨固性能，從而直接影響構件的耐久性和鋼筋的受力性能，但由于設計人員的不重視，常會出現以下問題：①在梁或柱中，只會注意到主筋的保護層厚度，然而卻忽略了箍筋的保護層厚度，造成箍筋外露或保護層厚度不足；②主梁與次梁交叉處、主梁、次梁和板的鋼筋關系處理不到位，造成板負筋保護層厚度不足或構件有效截面高度損失，直接影響到構件的安全性；③地上部分與地下部分的柱子因所處的環境條件不同，根據規范要求，應采取不同的保護層厚度。

2.6.2相應的對策

①正確處理構件內各類鋼筋的相互關系，按鋼筋的正確位置確定構件內鋼筋的保護層厚度及構件有效截面高度，并進行構件的截面設計。首先要根據規范要求確定梁柱內箍筋的保護層厚度，然后確定箍筋的正確位置，主筋的保護層厚度可采用a+d1（a為箍筋保護層最小厚度，d為箍筋直徑），并大于規范規定的最小厚度，以此確定主筋的正確位置；根據各種鋼筋的正確位置，確定相關構件的有效截面高度并進行配筋計算，在施工圖中標出相關構件中鋼筋的位置。②應該正確區分同一構件所處的環境條件，區別對待在不同環境下的混凝土保護層厚度。地下部分的柱子可將其斷面加大，滿足其保護層厚度的要求，同時保證柱子鋼筋上下位置的一致性，滿足鋼筋受力要求。

3.結語

建筑框架結構設計作為現行比較常用的實際模式，已經廣泛應用在各類建筑中，在結構設計中遇到的各種難題也日益增多，因而作為一個結構設計者需要在遵循各種規范下大膽靈活的解決一些結構方案上的難點、重點。本文提出的都是些框架結構設計中容易出現的疏忽的問題，僅供同行同行參考，不足之處請批評指正。

參考文獻：

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