淺談框架結構設計在建筑結構設計中的應用

雷耀海

棕櫚設計集團有限公司 廣東 廣州 510627

在建筑建設行業中建筑工程結構的設計及施工作為重要內容，影響著建筑整體的性能。框架結構在建設中比較常見，其有著較強的穩定性，同時分割比較靈活，可滿足施工的需求，加強了建設的效果。在框架結構設計中應對各方面充分考慮，使設計符合實際要求，可使結構的優勢得到體現，為建筑工程的施工提供良好的條件。因此，應合理的利用框架結構，使建筑結構設計水平得到提升，為建筑工程建設質量提供保障，進而實現建筑工程運行的目標。

1 建筑框架結構概述

建筑框架結構包括梁和柱，在建筑工程中發揮了重要的作用，其中梁使用混凝土與鋼筋材料來制作，在連接中使用鋼連接等方式。該結構可抵抗水平荷載及豎向荷載，保證了結構的穩定性。當框架結構的構件面積比較小，難以滿足承載力要求。在建筑層數增加的條件下，水平位移會變小，墻體難以承擔相應的負荷，這種情況下會使其性能減弱，不適合用于高層建筑結構設計中。框架結構作為承載結構體系，梁、柱發揮了承擔水平及豎直方向的荷載的作用，自身優勢顯著，可滿足使用的需求[1]。在當前的社會背景下，建筑建設的需求增加，這對建筑結構設計提出了更多的要求，由于建筑造型有著多樣化的發展趨勢，當選擇的設計形式不恰當會影響其整體效果，難以達到要求，同時，在安全要求下，構件的成本會增加，這使結構的設計水平降低，導致了資源浪費等問題，也對環境產生了不良影響。可將建筑結構設計優化，使建筑的能耗問題得到緩解，并且使建筑性能達到實際要求。因此，應對框架結構進行合理設計，使其發揮出更好的作用，提升建筑建設的水平。

2 建筑框架結構設計中的主要原則

2.1 剛柔適度

在建筑框架結構設計中應符合剛柔適度的原則，當柔度過大會導致結構變形問題，帶來嚴重的后果。當剛度過大，會使結構的柔韌性減弱，在外力的影響下容易出現損壞的問題。在結構設計中應保證彈性適中，在構件達到了一定的強度時，可使結構之間保持相互協調，加強建筑的延性，也就是優化結構在承載較大環境中的最大限度變形。在判斷建筑結構剛柔時，應參考結構剛重比、剪重比等指標，根據剪重比進行參考，在地震剪力偏小同時層間位移角較大的情況下，結構偏柔，需要將墻柱截面增加，以保證剛度符合要求[2]。通過對剛柔度的合理設計，可使結構的抗震效果加強，因此，應嚴格按照剛柔適度的原則進行設計。

2.2 多道防線

應結合設防層數來明確結構體系的安全水平，在出現了突發問題后，應使構件能夠提供相應的抵抗力，保證建筑結構自身的穩定性。僅僅依靠單個構件會使其出現損壞的問題，影響了結構的性能，比如在土建結構設計中多肢墻能夠發揮出有效的作用。通過對多道設防可避免結構在某個部分出現損壞后而失去承載作用的問題，使其他的構件能夠發揮出有效的作用，加強結構的穩定性。在框架結構設計中需要使用大量的鋼筋與水泥等，在結構中有著較多的接頭，發生地震時會使結構產生水平位移等問題。因此，在對結構進行設計的過程中需要完成多道防線的設置，以保證結構的安全性。

2.3 分清主次

在框架結構中應考慮到強剪弱彎、強柱弱梁的情況，將鋼結構設計優化，使結構的性能加強。應根據主次明確的原則來設計，保證梁與柱強度設計的合理性，由于在設計中無法保證絕對的安全，應盡量確保主體結構不被破壞[3]。應將梁與柱的主次地位合理區分，在框架結構受損之后，即使出現了梁倒塌問題柱也不會倒塌，發揮出結構的有效承載作用。在設計中柱比梁的強度要求高，可使結構的抵抗效果加強，避免在外力的影響下出現損壞，將強柱弱梁作為設計要求，可為居民的逃生提供相應的條件。強剪弱彎可滿足抗震設計需求，使結構在地震的作用下先發生彎曲破壞，之后發生剪切破壞，可使結構的整體更加安全可靠。

3 建筑結構設計中的框架結構設計內容

3.1 地基設計

在框架結構設計中可使用條形基礎或者獨立基礎，為了使建筑結構設計的效果得到優化，應優化基礎設計，考慮到地基變形的情況，使地基結構的設計符合建設要求，保證其穩定性。在設計地基表面淺基層時，應對變形問題進行分析，根據承載性設計要求來優化設計內容，同時應考慮到成本控制的要求。對于框架基礎結構，可使用柱下條形基礎，并且對節點位置進行觀察，根據底面的情況進行設計。應考慮到柱下擴展基層的情況，使其寬度達到要求，并且保證均勻性。當出現了問題，可通過將地基加寬來處理，將寬度控制好，使地基的埋深不小于3m。為了加強地基的承載性，需要將防水措施明確，避免對設計產生影響，同時考慮到地下室外板延伸帶來的影響。在設計中應注意后澆帶的長度，使其符合工程建設要求，還需在設置過程中保持一定的間隔，以確保基礎結構的穩定性，使設計達到良好的效果。根據設計的經驗來看，通常后澆帶設置間隔為40m，可保證設計的質量。

3.2 梁柱中心線設計

框架結構設計效果受到了梁柱中心線設計的影響，應優化梁柱中心線設計，根據相關標準來明確中心線，使結構設計的質量提高[4]。在設計過程中應使梁柱中心重合，當梁柱中心線產生了偏移的情況，應對梁柱節點的受力情況進行分析，明確受力與構造之間的關系，為結構的優化提供良好的條件。

3.3 短柱處理設計

在建筑結構設計中對于大跨度柱網框架結構，應對框架梁、框架柱間關系進行分析，在設計框架結構的過程中需要恰當地處理短柱的構造，可利用短柱箍筋加密的方式來加強框架結構的穩定性。在短柱設計中需考慮到其抗震性較差的特點，建筑的框架結構中有短柱，在設計中如果不進行合理處理會影響建筑的安全性。比如，在連續窗的過梁設計中可能會產生短柱的情況，產生了一定的影響。此外，樓梯間平臺梁也會產生短柱情況，應對其進行優化，避免對結構設計效果產生影響。在設計中需要根據結構的性能要求及相關標準分析，利用有效的方式來避免短柱帶來的問題。通過對短柱處理的優化，可使建筑結構的抗震性得到提升，進而加強建筑整體的性能。

3.4 抗震設計

在框架結構設計中抗震設計有著重要的作用，對建筑安全及穩定有著較大的影響。柱的抗震設計有著較大的影響，在設計中應全面地分析，以加強柱的抗震性，考慮到剪力及作用力的影響，對柱截面進行優化[5]。在抗震設計過程中應考慮柱截面標準高度及寬度，保證剪跨比的合理性，一般應大于2。設計應嚴格按照相關標準進行，避免出現偏差而影響實際效果，比如，在剪壓比符合要求的條件下，應合理的控制柱端截面剪應力，使剪應力不超出3N/mm2。結合標準要求來看，應對縱向鋼筋配筋率合理設計，以保證建筑結構的抗震效果，對配筋設計進行改善，可避免出現鋼筋壓曲等問題，使結構的強度達到要求。由于在地震作用下柱端鋼筋混凝土層會被損壞，當箍筋量出現了不足，會使其約束力降低，難以保證鋼筋結構的穩定性，使結構的整體性能受到影響。應根據工程實際情況來進行分析，使箍筋得到合理設計，使建筑結構的抗震性需求得到滿足，并且采取有效的手段，比如外部加固設施，通過在建筑的外部安裝固定桿等來加強結構的穩定性，避免建筑結構在地震的影響下出現問題。也可在內部安裝抗震裝置，比如抗震阻尼器等。

3.5 配筋設計

在框架結構設計中配筋設計發揮了重要的作用，由于建筑工程建設數量增加，規模擴大，該結構在應用中受到了關注，需要對其進行優化。應結合頂層的風荷載來分析，使建筑的高度與軸向力之間成正比的關系，有效避免頂柱偏心力產生影響。當頂層存在軸向應力，會使建筑截面重心出現偏離的情況。在進行建筑框架結構設計的過程中需要參考相關的要求，合理的設計梁與柱配筋。針對框架外挑梁配筋應進行優化，由于結構會受到不同因素影響，通過對挑梁設計的控制，可使結構設計效果加強[6]。在框架外挑梁設計中，建筑的占地面積及使用功能會對設計質量產生影響，由于外挑梁、框架梁斷面之間有著較大的差別，在設計框架梁主筋的過程中可采用外挑梁上擴展的方式，影響了結構的質量，應考慮到框架外挑梁的承載需求，針對其特點設計配筋部分，使框架結構體系的性能加強。框架柱配筋中通常配筋率不高，在外力的影響下，框架柱結構承受的扭轉剪力變大。需要結合雙向偏心問題進行分析，采取有效措施來優化，避免地震等影響導致結構損壞，在配筋設計過程中應分析各項受力情況，以保證設計的效果。在建筑所處區域的土質為松軟土質時，應將框架柱的配筋增加，還需使箍筋對混凝土的制約作用加強，在設計中扣筋方式一般為菱形或井字形，以保證設計的有效性，使建筑工程結構的性能達到相應的要求。

3.6 邊柱節點設計

在建筑高度增加的情況下，內部結構的壓力會顯著提高，這對結構設計提出了相應的要求。在框架結構設計中邊柱節點設計比較復雜，對結構性能有著較大的影響，在高層建筑結構設計中受到頂層風荷載的影響，多數建筑的頂端存在著房柱偏離中心的情況，這使建筑的最頂層邊柱節點偏離中心僅有柱截面高度的1/2，對建筑的建設產生了影響[7]。在設計中需要將邊柱節點優化，要求在頂層框架中梁柱數量不應少于2根，柱的寬度應大于梁的寬度。在該要求下，可在設計過程中將邊柱柱角中塞入主鋼筋，根據工程建設的要求進一步調整，可使邊柱節點的設計達到更好的效果，使建筑結構的設計質量提高，從而加強結構自身的性能。

3.7 支管接入段設計

在建筑工程施工進行前，由于框架結構的支管介入角度和高度會產生一定的變化，為了避免其帶來影響，應對設計模塊進行優化。在建設過程中，考慮到其中涉及了較多的參數，采用不同的計算方式會使結果產生差異，計算人員需要對模塊進行改善，使多種模塊的使用范圍變得更加廣泛，以使模塊的應用效果加強，可實現節約資源的目標，建筑結構設計提供良好的條件，進而提升建筑結構整體的質量。

3.8 結構內力計算設計

建筑工程豎向荷載及水平作用力之間有著一定的差異，在計算過程中需要合理選擇計算方法。在計算豎向荷載時，可使用彎矩二次分配、分層法等，其中彎矩二次分配法要求對各個節點不均衡的彎矩進行分析計算，根據獲得的數值來優化設計[8]。采用分層法進行設計時，可使用固定端進行支護，使上下層彈性支撐被取代，并且將樓層線剛度計算在內，以獲得內力值。對水平作用力進行分析時，可使用D值法等，一般使用D值法可使結果更加準確可靠，然而當梁和柱線剛度較大，應選擇反彎點法來計算，避免對結果精確性產生影響。建筑結構內力分析在實際實施中比較復雜，應保證各個環節的準確性，使計算發揮出有效的作用，為結構設計提供可靠的參考依據，以保證設計的效果。

3.9 荷載取值設計

在框架結構設計過程中，選擇最不利的荷載組合時能夠精確計算出該結構最大外力承受值，該值通常用荷載效應表述。荷載效應主要分為可變性荷載和永久性荷載兩種，在具體建筑結構設計過程中，當建筑物框架結構承重水平達到極限值時，需要利用對抗力和作用設計值進行一一對應計算，通過計算結果獲得該建筑物結構荷載取值。

4 加強建筑框架結構設計效果的措施

首先，應對建筑環境進行考察，在設計之前將環境情況確定，其中地基作為重要的內容，對建筑結構設計有著直接的影響。比如，在地基的土質比較軟時，需要采取有效的措施來處理，一般使用柱下條基的方法。還需考慮到材料的影響，對其質量進行有效控制，為框架設計效果帶來保障。同時，需要設置防水層，對其厚度進行合理設計。另外，需要對建筑間的沉降縫進行考慮，針對基礎比較好的建筑，應根據墻體情況來管理沉降縫，使建筑結構的性能加強。其次，應提高方案的可行性[9]。科學合理的框架結構設計方案是保證順利施工的重要依據。在設計混凝土框架結構前，要全面了解相關建筑圖紙，在掌握建筑設計技術參數和標準的同時要落實好各項設計細節，進一步研究解決相關問題，保證框架設計方案的科學性，同時要對設計流程進行規范，提高方案的可行性，保證框架設計質量。最后，應提高框架結構體系的整體性。框架結構承重體系是每一層樓蓋和屋蓋連接組成的整體結構。在設計過程中，不僅要保證水平、豎向承重體系滿足施工組織設計相關規定，還要對建筑樓蓋和屋蓋各方向的荷載情況進行考慮，進一步分析荷載對地基產生的影響，保證設計的合理性。除此之外，在框架結構技術交底時，要對各個施工環節的工藝、材料等給予全面分析，同時要依據相關工藝技術標準來檢驗技術質量和方法的合理性，促進施工的順利開展，保證建筑工程質量。

5 結語

在建筑建設行業中建筑結構的優化設計作為重要的部分，應結合當前的常用結構形式進行分析，使其得到合理的設計，以保證建筑結構的設計效果。框架結構形式在設計中有著良好的效果，應按照剛柔適度、多道防線及分清主次的原則進行設計，明確地基設計、梁柱中心線設計、短柱處理設計以及抗震設計等環節的要點，使設計工作順利進行。通過對框架結構設計的優化，可使建筑結構的穩定性得到提升，為建筑的使用帶來更好的保障。