非規則框架結構設計概述*

付偉超 張玉林

(西南科技大學城市學院 四川 綿陽 621000)

1 非規則框架結構概述

非規則框架結構的主要結構構件為框架柱、框架梁以及樓板[1]。豎向荷載首先作用在板面上，然后通過板傳遞到框架梁，再由框架梁傳遞到框架柱，最后傳遞給基礎[2]，傳力路徑清晰。非框架結構布置較為靈活輕巧,因地制宜地進行結構設計。與傳統的砌體結構和框架結構化相比：不規則框架結構比砌體結構整體性好，比框架結構造型更為美觀。近些年，城鎮化快速發展，業主對建筑的外形、立面效果等提出了更高的設計要求，非規則框架結構的使用更為頻繁。

非規則框架結構與普通框架結構的區別在于結構布置上。非規則框架結構在進行結構布置的過程中，在軸線的設置上與普通的框架結構存在較大的差異，非規則框架結構根據建施圖確定軸線的具體位置，結構布置較為靈活，容易適應結構出現分縫、轉角、曲線等復雜情況，滿足建筑使用功能的需求。但非規則框架結構的受力較為復雜，各方向剛度不一致，結構構件容易出現受扭破壞等情況。結構為適應場地變化，建筑體型往往會呈“L形”、“圓弧形”等形狀，這就對結構設計的合理性提出了更高的要求，也是筆者著重闡述的重點。

2 非規則框架結構布置

結構布置是非規則框架結構設計中的重要一環。結構構件的布置：①滿足結構的受力要求，②滿足建筑功能的要求。框架柱的布置首先要考慮建筑使用功能的要求，滿足凈高、開洞、大空間的使用需求。非規則框架結構布置，柱距應以6～8 m為宜,過大則影響結構的安全性,過小則不經濟。中柱的截面大小主要由軸壓比控制，邊柱和角柱的截面大小主要由側向剛度控制。邊柱和角柱的布置要均勻、規則、對稱。框架梁寬度不小于250 mm，高寬比不易大于4。混凝土板厚一般不小于100 mm，采用全屋剛性樓板假定。合理的結構布置將會對后期的結構分析提供極大地便利，并且受力明確，施工方便，降低造價。

3 非規則框架結構抗震設計

非規則框架結構抗震延性設計，需根據《建筑抗震設計規范》規定的抗震延性設計要求，確保非規則框架結構擁有足夠的抗震延性，保證結構具有足夠的抗側能力,抗震延性設計準則包括：強柱弱梁、強節點、強錨固、強剪弱彎[3]。這4條準則對非規則框架結構側向位移的控制尤為明顯，最直接的表現就是層間位移角[4]是否會超限。結構概念是結構設計的基礎，只有理解并運用好這些設計準則，才能更好地提高結構設計的合理性。

在進行非規則框架結構的設計時，應當兼顧非規則框架結構的剛度和柔度。結構的剛性和柔性是不可調和的兩個方面，剛性越大則柔性越差，柔性越大則剛性越差。在自然環境下，剛性可以滿足建筑物在絕大多數情況下的需求，但是在較強的外力作用下，剛性強意味著變形能力差，在外力作用下整個建筑物會出現整體傾覆和節點應力過大而破壞的情況。雖然柔性建筑可以在一定程度上降低施工成本，充分利用結構的塑性變形，卻容易產生過大形變，影響建筑物的正常使用，在剛性和柔性之間找到良好的平衡，從而確保建筑物的安全性。 保證非規則框架結構能夠實現剛柔并濟的措施主要有：使用高強度熱軋鋼筋、結構剛度與地基土軟硬相反、采用牢固的構造措施等。

在非規則框架結構的設計中，其中重要的是框架柱，應當首先保證框架柱的剛度，從而保證在外力作用下，構件塑性鉸充分地發揮作用，考慮塑性內力重分布分析方法，充分挖掘和利用結構潛在的承載能力，因而使結構更加的合理經濟。框架柱的剛度大，則在外力的作用下，首先破壞的的是框架梁，能起到一定的耗能作用，有柱的支撐作用，結構并不會整體坍塌。所以對框架柱設計的合理性應當予以充足的重視。

4 三縫合一

由于受溫度、地震和不均勻沉降等因素的影響，建筑物會事先預留出一定的縫隙，即伸縮縫、沉降縫、防震縫[5]。沉降縫的設置需要把基礎斷開，均勻的地質條件下，一般不需設置。防震縫需要把建筑物上部斷開，并做相應的結構處理,且沿建筑物全高設置，基礎不用斷開。防震縫是為了使建筑結構或者豎向結構較為規則,為防止在地震作用下建筑物被破壞。設置變形縫可以將建筑物分為幾個形狀簡單的結構部分，以利于結構變形，抵抗建筑物內部應力而設置的結構縫。實際工程中,常用的就是把防震縫和伸縮縫合在一起，防震縫一般不考慮設置，一縫多用。實際震害表明：合理的設置變形縫能使結構變得更規則，從而有利于非規則框架結構的變形，抵抗建筑物內部產生的附加應力和變形。

5 歸并包絡設計

在非規則框架結構的設計過程中，平面布置非規則的框架結構，當有抗震要求時，此類結構不適合做平面簡化計算，應當整體計算，依次選取各榀框架的主要控制截面，保證結構各部位的安全性。當為非抗震地區的丙丁類建筑時，由于結構復雜，工程量較大時，須先進行包絡設計以后，從不同類型的框架各選一榀，對剛度接近的可以歸并。每榀框架荷載最大的框架，由于荷載布置非規則，可以采取連續包絡等方式，歸并部分荷載。

6 非規則框架結構配筋設計

基于前文的介紹，在進行鋼筋設計時，主筋應當首先考慮采用三級熱軋鋼筋(HRB400)，箍筋和其它附加鋼筋采用二級熱軋鋼筋(HRB335)。鋼筋的錨固長度和鋼筋的強度等級有關，所選用的鋼筋強度等級越高，需要的錨固長度就越長，相應的非規則框架結構的構件截面也越大。根據抗震概念設計原則，對非規則框架結構的結構設計中構造部分不需計算(配筋率、錨固長度、最小直徑等)，直接采用構造措施[6]，確定鋼筋直徑和間距。

綜上所述，在建筑結構設計中，建筑平面和立面形狀為非規形狀或異性結構，非規則框架結構會受到諸多因素的干擾，為保證非規則框架結構設計和具體情況相符，非規則框架結構進行結構布置應當遵循布置規則、均勻、對稱的原則，保證各向剛度，滿足抗震要求，抓住重點，使得結構設計安全適用，經濟合理。此外，考慮到帶有特殊造型的結構設計較為復雜且工程量很大，需要將概念設計和結構設計結合起來，注意在充分掌握相關原理、數據的基礎上再使用合適的設計方法來實現最優設計效果。