框架結構設計在建筑結構設計中的應用研究

李銀玲

摘 要：框架結構是指由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而構成承重體系的結構，即由梁和柱組成框架共同抵抗使用過程中出現的水平荷載和豎向荷載。本文就框架結構設計時遇到的問題進行分析，并依此探討相應的具體解決問題的措施，為今后的研究提供參考。

關鍵詞：多層建筑；框架結構；結構設計

1 引言：框架結構有很多優點，利于安排需要較大空間的建筑結構；框架結構的梁、柱構件易于標準化、定型化，便于采用裝配整體式結構，以縮短施工工期；采用現澆混凝土框架時，結構的整體性、剛度較好，設計處理好也能達到較好的抗震效果，而且可以把梁或柱澆注成各種需要的截面形狀。在建筑領域中，結構設計是一項重要工作，而建筑框架結構設計則是建筑結構設計中的重要工作，設計人員應當根據現有的規范標準制作科學合理的框架結構設計。

2 框架結構的概述

2.1 框架結構的概念

實踐中，框架結構由于能夠進行大規模工業化施工，成本低效率高且工程質量有保障，所以其類型多、應用也比較廣泛。框架結構，由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成，構成建筑的承重體系結構，即由梁和柱組成框架共同抵抗使用過程中出現的水平荷載和豎向荷載。在建筑結構中，建筑的墻體不用于承擔負荷，只是發揮圍墻和分割的作用。如果墻體充分使用新型的保溫材料，則有利于建筑整體減重和保溫，有利于節約能源和建筑的整體框架結構。

2.2 框架結構的特點

框架結構的特點主要有：成本低，用料少，有效的減輕建筑的自重，可以進行靈活的分隔空間；具有可以較靈活地配合建筑平面布置的優點，有利于安排需要較大空間的建筑結構；框架結構的梁、柱構件易于實現標準化、定型化，且因為它能夠方便采用裝配整體式結構，所以能夠有效的縮短施工工期，保證工程按期竣工；運用現澆混凝土框架能夠滿足結構的整體性、剛度的需求，而且通過良好的設計，梁和柱的截面形狀可以多樣化。

2.3 框架結構的原則

首先，剛柔度適合的原則。實踐中，框架結構的的剛柔度要把握合適，避免太柔引起建筑物變形過大而出現整體傾覆的危險，或因太剛，使得建筑物整體變形能力達不到要求，在出現瞬間的巨大破壞力時，柔韌度不夠而全部毀壞的情形。其次，多道防線設計的原則。多層建筑物在建好以后會面臨外力的侵襲，為保證建筑物的安全，在框架結構安全體系構建中，要進行層層設防，采取多道防線設計的原則，以保證所有抵抗外力的結構能夠充分發揮抵抗外力的作用。最后，抓重點，分清主次原則。框架結構中各個構建的作用不盡相同，設計人員要分清主次，善于抓住重點，構成協調統一的整體。當建筑受到外力侵襲時，各個構件能夠有效發揮各自的作用并充分協作，合力抵抗侵襲，保障建筑的安全。比如，在實踐中，多層建筑的柱承受的責任大于梁，所以，在承受外力時，柱必須是最后一個倒下的，所以在設計梁的時候，可以把梁設計的稍微薄弱一些，已達到保全柱和整個建筑的目的。

3 房屋建筑混凝土框架結構設計流程

3.1 選擇截面尺寸

截面尺寸的選擇是混凝土框架結構設計的前提基礎。為實現在梁端形成塑性鉸的情況下，柱端的非彈性狀態不會屈服于罕遇地震作用，從而節點仍舊處于彈性工作的狀態的目標，在進行梁、柱界面尺寸的選擇時不僅要滿足《混凝土結構設計規范》中規定的取值范圍，而且要最大程度地保證柱與梁的線剛度比值大于1，也就是說要強柱、弱梁、強節點。

3.2 掌握梁、柱的適宜配筋率

在設計框架梁的配筋時，應該充分把握“適中”的原則。當然，無論如何增大或者減小，都應該滿足《混凝土結構設計規范》中所要求的最大或者最小配筋率。另外，根據《規范》可知，梁的最小配筋率不僅與框架的抗震等級有關，而且與混凝土的軸心抗拉強度和鋼筋抗拉強度的比值有關，因此，梁的最小配筋的確定一定要依據《規范》的規定。

4 多層建筑結構設計中框架結構的問題分析與處理

4.1 基礎系梁的設置問題

在這一問題上，對于基礎也是很重要的即梁埋設的深度問題，所以要保證埋設的深度合適，不能過深也不宜太淺。實踐中，如果埋設的過深了，則要具體情況具體分析，可以按照一層框架梁的標準進行設計，埋設的部分按照短柱來處理。為了保證建筑的抗震能力，一般情況下應該沿建筑主體的兩個軸方向設置基礎梁。考慮到基礎梁要承擔樓梯柱、填充墻等的荷載，在實際設計中會適當增加梁的截面。

4.2 框架結構薄弱層的設計

實踐中，可以通過加大薄弱層的抗側移剛度、在特定條件下改變薄弱層層高或減少基礎埋設深度的方法，來避免薄弱層的出現，因為薄弱層的出現會對建筑的抗地震性能產生不利的影響。所以，在框架結構設計的過程中應當盡量避免薄弱層的出現。一般通過三種方法來判斷薄弱層：一是，設計人員指定。設計人員可以直接根據相關規范或個人經驗，在設計軟件中直接指定；二是，計算判斷。軟件根據現有規定設置相應的判斷標準，比如：機構的抗側移剛度不規則或樓層承載了突變符合薄弱層的規定，則自動指定該層為薄弱層。第三，強制認定。在豎向抗側力構件不連續或樓層承載力沒有達到相關規范的要求下，則強制認定為薄弱層。當不可避免的遇到薄弱層時，應當及時根據相關的規定采取相應的補救措施。

4.3 縱向框架設計問題

從抗震設計要求的角度出發，在多層建筑框架結構設計中，縱向框架設計應當獲得與橫向框架設計同等重要的地位。事實上，設計人員僅對縱向普通的連續梁進行設計，使得建筑的框架結構無法滿足抗震的要求，容易出現梁的支座負筋或跨中縱筋配筋配置不足的情況。為克服這一問題，設計員在設計的過程中，應當充分重視縱向框架設計，保證縱向和橫向框架設計合力發揮作用，提高建筑抗震的能力。

4.4 短柱的問題

短柱是由柱凈高與柱截面高度的比值（≤4）或剪跨比值（≤2）決定的，設計中應當盡量避免短柱形成，實踐中，其形成有兩個方面的原因：一個是兩個框架梁之間的框架柱凈高較小，另一個則是填充墻設置不當。對于短柱問題，主要是通過增加柱的抗剪承載力并完善其變形能力（如：采用復合鋼筋、外包鋼板、配X型鋼筋等）來進行完善的。

5 結束語

隨著建筑設計行業的不斷發展，多層建筑框架結構設計遇到的新問題也會隨之增長。實際中，設計多層建筑框架結構，需要設計人結合自身工作經驗和相關規范，對結構設計方案的可行性進行合理的評估、認真分析、判斷，最終確定無誤后才能夠運用到實際工程中。

參考文獻：

[1] 張科.多層建筑結構設計中框架結構的問題分析與處理[J].科技資訊，2009（18）：83+85.

[2] 多層框架房屋結構設計中需要注意的問題分科技與管理》組委會.2015年10月建筑科技與管交流會論文集[C].《建筑科技與管理》組委會，2015：2.