框架結(jié)構(gòu)設計原則與措施

黃清華 胡 潔

（吉安市建筑設計規(guī)劃研究院，江西 吉安 343000）

隨著建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化，無論是工業(yè)建筑還是民用建筑，建筑框架結(jié)構(gòu)設計作為現(xiàn)行比較常用的實際模式，已經(jīng)廣泛應用在各類建筑中，在結(jié)構(gòu)設計中遇到的各種難題也日益增多，因而作為一個結(jié)構(gòu)設計者需要在遵循各種規(guī)范下大膽靈活的解決一些結(jié)構(gòu)方案上的難點、重點。

1 框架結(jié)構(gòu)設計原則

1.1 剛?cè)岵?/h3>

合理的建筑結(jié)構(gòu)體系應該是剛?cè)嵯酀摹＝Y(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)雖然可以很好的消減外力，但容易造成變形過大而無法使用甚至全體傾覆。結(jié)構(gòu)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(jīng)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(chǎn)生變形以適應外力，太柔的結(jié)果必然是太大的變形，甚至會導致立足不穩(wěn)而失去根本。這些問題歷來都是專家們爭論的焦點，現(xiàn)今的規(guī)范給出的也只是一些控制的指標，但無法提供精確答案。

1.2 多道防線

安全的結(jié)構(gòu)體系是層層設防的，災難來臨，所有抵抗外力的結(jié)構(gòu)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(gòu)件上，是非常非常危險的。如土建結(jié)構(gòu)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(xiàn)了多道防線的設計思路。

1.3 抓大放小

在框架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系中具有“強柱弱粱”、“強剪弱彎”等的說法也是鋼結(jié)構(gòu)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(gòu)件都很強的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)是沒有的。簡單地說，雖然整個結(jié)構(gòu)體系是由各科，構(gòu)件協(xié)調(diào)組成一體，但各個構(gòu)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(gòu)件協(xié)作抵抗的目的，就是為了保住最重要的構(gòu)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(gòu)件先去承擔災難。“寧為玉碎，不為瓦全”，如果平均用力，可能會“玉石俱粉”，損失則更大矣!在鋼框架結(jié)構(gòu)中，柱倒了，粱會跟著倒；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(huán)節(jié)，使其破壞在先，以最大限度減少可能出現(xiàn)的損失。如果梁柱等同看待，企圖讓他們都“堅不可摧”，則可能會造成同時破壞，后果會更糟糕，損失會更大。所以關(guān)鍵時刻要分清主次，抓大放小，也就是要取大舍小。有舍才有得，舍是為了得。

1.4 打通關(guān)節(jié)

理想的結(jié)構(gòu)體系當然是渾然一體的一也就是沒有任何關(guān)節(jié)的，這樣的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中各種各樣的關(guān)節(jié)“打通”，使力量在關(guān)節(jié)處暢通無阻。中醫(yī)上云：“通則不痛，痛則不通”，結(jié)構(gòu)就像一個人，氣穴若不能暢通，癥結(jié)和隱患就會產(chǎn)生。在設計的四項基本原則中，“剛?cè)嵯酀保岸嗟婪谰€”，“抓大放小”是設計概念中的戰(zhàn)略問題，但要想得讓這些戰(zhàn)略思想得以實現(xiàn)，靠的是“打通關(guān)節(jié)”這個原則作為保證的，結(jié)構(gòu)設計的具體操作，最后全都歸到“打通關(guān)節(jié)”的貫徹和實施上來。打通關(guān)節(jié)保持平衡的目的其實就是使其永遠處于原始的靜態(tài)，當力量不能暢通時，構(gòu)件與構(gòu)件之間，構(gòu)件的組成元素與元素之間的靜態(tài)平衡一旦被破壞，結(jié)構(gòu)變成機動，“動”即是死，即為終結(jié)。可見設計者是協(xié)調(diào)者，其任務是讓所有互不相關(guān)的靜態(tài)構(gòu)件相聚之后依然處于靜態(tài) (也就是使其保持常態(tài))，或者是處在相對的靜態(tài)之中。其實處理和成就世間萬物，必須使動為動，靜為靜，才能平衡：必須動者動之，靜者靜之，才能持久；必須知其本源，施以規(guī)則，順之導之，才能達至繁榮昌盛。一切的一切，以順應自然為始，達到平衡為終，諸多規(guī)則，只是手段，只為平衡，只為暢通。

2 建筑框架結(jié)構(gòu)設計措施

在用PKPM軟件計算梁柱時,應盡量采用TAT或SATWE三維軟件。第一，計算結(jié)果更接近實際受力狀態(tài)，如地震力或風力是按抗側(cè)移剛度分配，而不是按框架的樓面從屬面積，還如從框架柱出挑的梁和從次梁出挑的梁，因次梁的支座(框架梁)發(fā)生下沉變形，內(nèi)力重分布，從框架柱出挑的挑梁配筋將較大。第二，快速方便，三維軟件整體計算，不必生成單榀框架，再人工歸并，可整樓歸并。第三，TAT或SATWE還可以進行井式梁的計算，由于PKPM軟件計算梁時僅按矩形計算，而井式梁的斷面較小，有可能超筋,此時可取出彎距再按T型梁補充計算，不必直接加大梁高。在繪制施工圖時，較大直徑的鋼筋連接宜用機械連接取代焊接，造價相差不大，但機械連接可靠并易干檢查。機械連接接頭位置可任意，但一次截斷的鋼筋不大于50%，接頭位置應錯開70d。

3 多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設計

多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是一種由梁和柱以剛接或鉸接相連接成承重體系的房屋建筑結(jié)構(gòu)。多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設計文件與圖紙是最主要的依據(jù)之一，全面理解設計文件，并規(guī)范進程加以實施，是結(jié)構(gòu)方案的主要工作。全面理解設計意圖和設計要求，看懂容懂圖紙的每項內(nèi)容，達到按圖紙施工的要求，對圖紙設計中存在的問題通過會審加以解決，對其遺誤交易糾正，是保證施工質(zhì)量的前提，必須認真地組織與實施，該項工作由甲方或委托監(jiān)理工程師進行。

根據(jù)設計文件和相關(guān)規(guī)范、規(guī)程、編制和審查施工組織設計。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)由水平承重體系一各層樓蓋和屋蓋連接形成空間的整體結(jié)構(gòu)體系。其中各平面鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)形成豎向承重體系，它們承受由樓蓋和屋蓋傳來的豎向和水平荷載并再傳給地基基礎。

做好多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)技術(shù)交底，根據(jù)設計要求和施工隊的技術(shù)素質(zhì)狀況對其不熟悉的施工工藝過程，經(jīng)批準實施的新工藝、新材料、新結(jié)構(gòu)等，必須認真進行技術(shù)交底。明確各項工藝參數(shù)指標、操作方法、質(zhì)量要求和檢測辦法，并認真的加以實施。

現(xiàn)澆式框架即梁、柱、樓蓋均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。現(xiàn)澆式多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的整體性強、抗震性能好,因此在實際工程中采用比較廣泛。但現(xiàn)場澆筑混凝土的工作量較大。

預制裝配式框架是指梁、柱、樓板均為預制，通過焊接拼裝連接成的多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點是構(gòu)件均為預制，可實現(xiàn)標準化、工廠化,機械生產(chǎn)。因此，施工速度快、效率高。但整體性較差,抗震能力弱，不宜在地震區(qū)應用。

現(xiàn)澆預制框架是指梁、柱、樓板均為預制,在預制構(gòu)件吊裝就位后，對連接節(jié)點區(qū)澆筑混凝土，從而將粱、柱、樓板在連成整體多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。現(xiàn)澆預制框架既具有較好的整體性和抗震能力，又可采用預制構(gòu)件，減少現(xiàn)場澆筑混凝土的工作量。因此它兼有現(xiàn)澆式框架和裝配式框架的優(yōu)點。

4 總結(jié)

以上幾點是我在工程設計中對框架結(jié)構(gòu)設計的認識體會，希望這些設計體會能給各位同行在今后的工程設計中有些幫助，以提高工程設計的質(zhì)量。

[1]GB 50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002

[2]GB 50007-2002,建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

[3]簡明建筑結(jié)構(gòu)設計手冊[M],北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.