鋼筋混凝土框架結構設計基本之淺述

【摘要】本文主要就建筑結構設計的基本原則和要點及鋼筋混凝土框架結構設計進行了簡單闡述。

【關鍵詞】結構設計；框架結構；鋼筋混凝土

一、前言

隨著我國房地產行業的發展，對建筑的要求越來越高，對建筑功能的要求以及對不同建筑類型的需求也越來越多，多高層建筑大量出現。建筑設計行業不可避免地受房地產其發展需求的影響，建筑結構的類型也在隨之不斷變化。對于建筑結構設計及結構工程師，應適應這種要求，不斷提高設計質量和設計水平。

二、結構設計

2.1概述

內容包括：結構設計的原則和基本規定，結構方案，結構上的作用和抗力，結構體系框架結構，多高層建筑結構設計的概念設計。

2.2結構設計

按照建筑術語的解釋建筑結構設計是指：為確保建筑物能承擔規定的荷載，并保持其剛度、強度、穩定性和耐久性進行的設計。

在建筑工程設計中一般分為方案設計、初步設計和施工圖設計三個設計階段。而建筑結構設計三個主要階段為：結構方案階段、技術設計（結構計算）階段與施工圖設計階段。

合理的結構方案是良好設計的開始，在此階段根據設計的基礎資料、設計依據等文件所提供的數據[如：建筑結構安全等級和抗震設防類別，結構的設計使用年限，工程地質勘察報告，建筑所在地的抗震設防烈度以及建筑場地類別，結構總高度和樓層層數，作用（荷載）取值等]來確定建筑的結構形式。在確定了結構的形式之后，再根據不同結構形式的要求和特點來布置結構的受力構件和承重體系。結構方案還應結合建筑功能和其它專業的要求綜合考慮，并在投資、質量、進度三大控制和綠色建筑方面加以重視。

2.3結構設計計算

結構上的作用可分為兩種：直接作用和間接作用。直接作用或間接作用作用在結構上，會使結構或構件產生內力和變形（如彎矩、剪力、壓力、拉力、扭矩；彎曲、拉伸、扭轉、裂縫、疲勞等），稱之為作用效應。整個結構或結構構件承受各種作用效應的能力（如強度、剛度、承載力等）稱為結構抗力。

確定了結構的形式之后，結構師通過結構軟件建立結構計算模型，計算結構的梁、板和柱等結構構件在各項作用下的結構抗力，確定結構體系布置和構件截面尺寸。結合位移、變形、裂縫及耐久性等要求采取必要的構造措施。使結構滿足承載能力極限狀態和正常使用極限狀態的要求。計算時應注意計算簡圖的合理性，荷載取值、計算參數取值應恰當合理，對計算結果要有合理判斷。

2.4框架結構鋼筋混凝土

2.4.1框架結構

框架結構：由梁和柱以剛接或鉸接相連接成承重體系的房屋建筑結構。

當建筑采用框架結構時其主要優點是：空間分隔靈活，易于配合建筑的平面布置和立面設計，利于建筑布置較大空間；當框架結構的梁、板、柱其構件類型較少時易于標準化、定型化，便于采用裝配整體式結構，以縮短施工工期。

框架結構體系的缺點為：框架節點處內力較大應力集中顯著；框架結構的側向剛度小，在強烈地震作用下，結構產生的水平位移較大，尤其高層框架當產生的頂點位移和層間相對位移較大時，會產生較多的非結構性破壞。所以在工程應用過程中需要做好抗震設計，提高框架的抗側剛度，控制好結構側移，確保建筑物抗震性能的提升，使其安全性和穩定性能夠得到有效的保障。

2.4.2鋼筋混凝土

在眾多建筑材料中，鋼筋和混凝土由于它們材料性能的特點形成可以共同工作的結構形式，更因其符合經濟實用耐久的條件，長期以來被大規模使用。在我國，鋼筋混凝土結構在建筑中的應用較為廣泛，尤其近幾年鋼筋混凝土結構占了建筑形式的絕大多數。

在鋼筋混凝土結構中，鋼筋承受拉力，混凝土承受壓力。使其具有堅固、耐久、防火性能好、比鋼結構節省鋼材和成本低等優點。

當采用現澆混凝土框架時，結構的整體性能和剛度較好，對不規則平面適應性強且可以把梁或柱澆注成各種需要的截面形狀。

2.4.3框架結構的概念設計

A.建筑結構的合理布置

（1）合理的建筑布置在抗震設計中非常重要。盡量在平面和豎向布置上簡單、規則、對稱。“規則”包括了對建筑的平面和立面外形尺寸、抗側力構件布質量分布、承載力分布等諸多因素的綜合要求。建筑師和結構師需互相配合，才能設計出抗震性能良好的建筑。（2）減少偏心，剛度中心與質量中心盡量重合，減少扭轉影響，剛度和質量布置上變化均勻。（3）質量大的跨間宜布置在距剛度中心較近的部位，不宜布置在結構單元的邊緣。（4）盡量少采用大懸挑結構；（5）圍護結構宜采用輕質材料合理布置。

結構體系的合理布置：（1）具有明確的計算簡圖，傳力路線應簡捷明了。（2）具有多道抗震防線。（3）具有必要的強度、變形能力、耗能能力。（4）具有合理的強度、剛度分布，避免突變。平面布局中，應當盡量使柱網按開間等跨和進深等距布置，而提高結構的整體剛度。（5）提高結構抗側移能力。

B.延性設計

鋼筋混凝土框架結構的抗震設計除加強結構強度外還應注重結構的延性設計，注重結構的構造措施。

強柱弱梁設計原則。使結構在地震中形成所追求的“梁鉸機構”或“梁柱鉸機構”，較合理的框架破壞機制應是梁比柱的塑性屈服盡可能早發生和多發生，底層柱根的塑性鉸較晚形成。采取必要的措施使可能形成塑性鉸的部位具有足夠的延性能力和必要的耗能能力。

強剪弱彎設計原則。控制結構構件的破壞形態，保證構件延性，使內力重分布得以充分發展，防止產生脆性破壞。

強節點弱構件設計原則。框架結構中的節點為聯系整個結構體系的樞紐，因此應重視節點核心區的設計，提高節點核心區的強度。

結束語：

綜上所述，結構設計時必須滿足結構的可靠性，即建筑結構在規定的時間（設計使用年限），在規定的條件下（正常設計、施工、使用、維修）必須保證完成預定的建筑結構功能。

參考文獻：

[1]郭玉陽.試述建筑框架結構設計的原則與方法.

[2]建筑結構荷載規范GB50009--2001.

[3]建筑抗震設計規范GB50011--2010.

[4]混凝土結構計算手冊.

[5]混凝土結構基本原理.上、下冊，中國建筑工業出版社，2008.