淺析建筑框架結構設計要點

李健

摘要：框架結構體系在建筑中得到廣泛應用，在建設單位對使用功能與立面造型要求日益豐富化、多樣化的情況下，廣大設計人員的設計難度不斷提高，結構設計人員應當基于設計規范要求，解放思想、開拓思維、創新方法，在多層框架結構設計中不斷優化與完善，更好為業主服務。

關鍵詞：建筑框架；結構設計；要點分析

1 框架結構設計原則

1.1剛柔并濟

合理的建筑結構體系應該是剛柔相濟的。結構太剛則變形能力差，強大的破壞力瞬間襲來時，需要承受的力很大，容易造成局部受損最后全部毀壞；而太柔的結構雖然可以好的消減外力，但容易造成變形過大而無法使用甚至全體傾覆。結構是剛多一點好，還是柔多一點好？剛到什么程度或柔到什么程度才算合適呢？我個人認為剛多點使工程不經濟，造成造價過高，而且應變能力差。柔多一點雖然造價便宜但是必然產生變形以適應外力，太柔的結果必然是太大的變形，甚至會導致立足不穩而失去根本。

1.2多道防線

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，前仆后繼。這時候，如果把“生存”的希望全部寄托在某個單一的構件上，是非常非常危險的。如土建結構中多肢墻比單片墻好，框架剪力墻比純框架好等等，就是體現了多道防線的設計思路。

1.3抓大放小

在框架結構結構體系中具有“強柱弱梁”、“強剪弱彎”等的說法也是鋼筋砼框架結構設計中非常重要的概念。有人問：為什么不是“強柱強梁”“強剪強彎”呢？為什么所有構件都很強的結構體系反而不好，甚至會有安全隱患呢？這里面首先包含著一個簡單的道理：絕對安全的結構是沒有的。簡單地說，雖然整個結構體系是由各種構件協調組成一體，但各個構件擔任的角色不盡相同，按照其重要性也就有輕重之分。一旦不可意料的破壞力量突然襲來，各個構件協作抵抗的目的，就是為了保住最重要的構件免遭摧毀或者至少是最后才遭摧毀，這時候犧牲在所難免，讓誰犧牲呢？明智之舉是要讓次要構件先去承擔災難。在鋼筋砼框架結構中，柱倒了，梁會跟著倒；而梁倒了，柱還可以不倒的。可見柱承擔的責任比梁大，柱不能先倒。為了保證柱是在最后失效，我們故意把梁設計成相對薄弱的環節，使其破壞在先，以最大限度減少可能出現的損失。

1.4打通關節

理想的結構體系當然是渾然一體的--也就是沒有任何關節的，這樣的結構體系使任何外力都能迅速傳遞和消減。基于這個思路，設計者要做的就是要盡可能地把結構中各種各樣的關節“打通”，使力量在關節處暢通無阻。中醫上云：“通則不痛，痛則不通”，結構就像一個人，氣穴若不能暢通，癥結和隱患就會產生。在設計的四項基本原則中，“剛柔相濟”，“多道防線”，“抓大放小”是設計概念中的戰略問題，但要想得讓這些戰略思想得以實現，靠的是“打通關節”這個原則作為保證的，結構設計的具體操作，最后全都歸到“打通關節”的貫徹和實施上來。打通關節保持平衡的目的其實就是使其永遠處于原始的靜態，當力量不能暢通時，構件與構件之間，構件的組成元素與元素之間的靜態平衡一旦被破壞，結構變成機動，“動”即是死，即為終結。

2 框架結構的基礎設計

框架結構的基礎設計主要指地基部位的設計，在這個設計中，主要考慮地基部位的承受能力和影響承受能力的相關因素，在地基部位較軟的情況下，應當考慮柱下條基的采用，并要充分考慮節點處基礎底面積雙向重復使用的不利因素，在設計中對這種情況要對地基部位適當的進行加寬設計，當柱下擴展基礎的寬度大于四米的時候，也要對基礎部位進行適當的加寬處理；在框架結構的基礎設計中對抗震縫、伸縮縫在地面以下部位要充分考慮設縫，連接處應適當加強。對于沉降縫兩側的墻體基礎一定要分開。

對于新建的框架結構建筑，在基礎的設計上要盡量淺于周圍已有的基礎，如果由于相關因素的影響，必須要深于周圍基礎時，在設計上新舊基礎間的凈距要大于基礎之間高度差的1.5-2倍，如果做不到這一點，則應該進行對基礎的加固處理，比如打抗滑移樁。這樣設計主要考慮到新建的框架結構建筑的牢固性以及防止對已有建筑的破壞性。如果新建的框架結構建筑與已有建筑的高度、層數相差的比較大，應在層數較低的基礎方格中心的區域內墊焦碴來調整基底附加應力。對于基礎底板混凝土的強度等級要求來說，一般要低于C30，因為如果基礎底板混凝土的強度過大，在承受較大壓力的情況下，容易出現裂縫。框架結構的基礎設計中如果基礎需要留洞，對洞口的要求也很嚴，當洞口超過300時應在此處加過梁.暖溝應加通氣孔；基礎埋深較淺時，基礎留洞有可能比基礎還低，此時基礎應局部降低。

3 框架結構的梁設計

框架結構的梁設計，要注意以下要點：第一，如果外部梁跨度相差比較小，尤其是外部的框架梁，當粱底距外窗預尺寸較小時，要適當的加大粱高，高度要至窗頂。外部框架梁盡量做成外皮與柱外皮齊平。粱與柱的偏心應總體上控制在四分之一柱寬到三分之一柱寬之間。第二，如果梁上有次梁處，應在此處附加箍筋或者吊筋，一般來講附加箍筋的效果要好一些，所以附加箍筋是設計中的首選。第三，如果出現折梁陰角部位在下的情況，縱筋應斷開，同時對該部位還應加附加箍筋。第四，梁上如果出現次梁的時候。應避免次梁搭接在主梁的支座附近，否則應考慮由次梁引起的主梁抗扭，或增加構造抗扭縱筋和箍筋。第五，應該選用直徑比較小的梁縱筋，在能滿足要求的情況下，要盡量縮小鋼筋之間的距離，這樣設計主要是處于對梁體抗裂的考慮，同時，按照相關的規定，箍筋在梁端頭要進行加密處理。對箍筋的布置上，縱筋要保持等距，箍筋肢距可不等。對于小斷面的連續梁或框架梁，上、下部縱筋均應采用同直徑的，盡量不要在支座搭接，以減少此處的承受力。第六，端部與框架梁相交或彈性支承在墻體上的次梁，梁端支座可適當的進行簡單設計，但梁端箍筋一定要進行加密處理。第七，框架結構的挑梁宜作成等截面，這樣有利于施工。但對于挑梁端部有次梁的情況，要充分進行考慮，對這種情況要附加箍筋或吊筋。而對于比較大的挑梁，在粱的下部要配置受壓鋼筋，這樣有利于減小撓度，增加抗壓性。第八，如果梁的腹板高度大于等于450mm時，需加設腰筋，間距的設計一般不大于200，否則易出現垂直裂縫。

4 框架結構的柱設計

框架結構的柱設計，要考慮以下要點：第一，對地上圓柱的設計要注意縱筋的根數，縱筋的根數應該大于8根，同時，箍筋要盡量用螺旋箍，端部應設計有一圈半的水平段，方柱箍筋應使用井字箍，并按規范加密。角柱、樓梯間柱應增大縱筋并全柱高加密箍筋。第二，柱的縱筋與梁的縱筋設計要求相反，柱的縱筋應該盡量做到大直徑大間距，但總體應該控制在200以內。第三，對于柱內埋管的設計，一般情況下僅在柱的四角才有條件埋設較粗的管，管截面面積占柱截面4%以下時，可不必驗算。柱內不得穿暖氣管。第四，柱斷面設計要大于450X450，混凝土的規格不宜小于C25，否則梁縱筋錨入柱內的水平段不容易滿足相關的要求，如果出現不能滿足相關要求的情況，應該加橫筋，而對于不規則的柱結構，梁縱筋一排根數不宜過多，桂端部縱筋不宜過密，否則節點混凝土澆筑困難。當有部分矩形柱部分異型柱時，應注意異型柱的剛度要和矩形柱相接近，不要相差太太。第四，對于柱子的軸壓比及相關的配筋要留有一定的余地，這主要是考慮到豎向地震作用，給該部位留出合理的緩沖區域。

5 結語

框架結構設計是一個長期、復雜甚至循環往復的過程，框架結構設計中應根據實際情況做好結構分析，多做方案比較。否則任何在這過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設計過程變得更加復雜或使設計結果存在不安全因素。

參考文獻

[1]梁麗芳，都軍花.淺談建筑框架結構設計存在問題及對策[J].科技創新導報，2012

[2]于橋.建筑框架結構設計原則及存在問題和解決措施[J].山西建筑，2013

（作者單位：江蘇筑森建筑設計有限公司南京分公司）