建筑框架結構設計原則及存在問題和解決措施

于橋

(保定市天元建筑設計有限公司，河北保定 072150)

自改革開放以來，我國經濟高速發展，建筑設計水平也在逐年提升，隨著建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化，這就要求建筑框架結構設計在遵循原則下有更高層次的水平來滿足這些要求，當然，這其中也存在很多問題，下面就這些問題來進行討論。

1 建筑框架結構設計遵循的原則

1.1 一定要剛柔并濟，平衡結構體系

建筑框架結構設計一定要遵循剛柔并濟的原則，眾所周知結構太剛變形能力就差，而結構太柔就會導致太脆。當建筑框架結構要承受強大破壞力在一瞬間來襲時，必然導致結構部件部分受損或者全部損壞。在面對這個問題的時候，設計人員設計時一定不能使建筑結構太剛。那么在建筑框架結構設計的過程中是不是越軟越好呢，當然不是。結構柔一些是可以削弱外力，但缺點是容易變形缺乏支柱，必然導致全體傾覆。所以在建筑框架結構的設計中，一定要控制好結構設計的剛度，既不能太剛也不宜太柔。這個問題也正是設計人員正在探索并密切關注的問題，現在的規定只是一個籠統的范圍，至于誰多誰少，目前尚沒有準確定論。

1.2 一定要多道防線，降低結構風險

層層設防能夠盡可能的降低結構體系的風險，當突發狀況發生的時候，所有抵抗外力的結構都在聯合抵抗，同時相互支撐，這就好比一個物體從高處掉下來，如果經過一層層障礙物的阻礙，緩沖其速度，那么當這個物體掉下來時可能就比沒有障礙物阻礙的物體或者障礙物少的受損度小很多。這個時候，我們不能把結構重心全部寄托在單一的構件上，在土建結構中我們知道多肢墻要比單片的墻好，而框架剪力墻要比純框架好，我們知道鳥巢外形結構的設計，是多道防線設計思路的最好體現。

1.3 一定要抓大放小，保全重要結構

在建筑框架結構設計中有這么一種說法，那就是“強柱弱梁”“強剪弱彎”，這不禁勾起了人們對這種說法產生疑問，問什么結構要強柱弱梁，強剪弱彎，在我們的印象中強柱強梁肯定會比強剪強彎要更加結實，更加安全。但是如果所有的結構構件都強了就不好了，將會存在非常大的安全隱患。我們知道絕對安全的結構在這個世界上是不存在的，無論哪種結構體系都不能在任何情況都可抵御各種外界的破壞。每個構件的作用都不同，整個結構體系就是由這眾多的構件協調組合而成，并依據其重要性來區分輕重。每個結構構件共同抵抗外力的目的，就是為了在遭遇強大的外界破壞力時，能夠保住其中最重要的部件不受損壞或者至少是最后才遭遇摧毀，這就是要做出取舍的時候了。所以最明智的選擇就是在建筑框架結構設計之初就先衡量孰輕孰重，哪部分是主要構件，哪部分是次要構件，當強大的破壞力來臨時，首當其沖的應該是次要的構件，在設計中各個部件千萬不可平均受力，那樣將損失慘重。我們知道在鋼框架的結構設計中，如果柱不幸倒塌，梁也不可能存在，而如果梁倒了的話，柱依然可能存在，這也就說明了柱起到的作用要比梁大。所以在建筑框架結構設計過程中，為了保證柱免遭摧毀或者至少是最后才遭摧毀，這就要把梁放在相對比較薄弱的環節上，使其能夠承受大部分外來破壞力，盡可能阻擋對柱的破壞，使損失降至最低。而如果把梁和柱都設計在主要環節上，則有可能使梁和柱遭到同樣的破壞。

1.4 一定要使結構合為一體

好的建筑框架結構體系是一個整體的結構，這種結構體系中沒有關節，并且能夠快速有效的傳遞并消除外力，盡量減少破壞力度，有了這個原則，我們在設計時就要想辦法把各個關節給“打通”，使之暢通無阻。前面我們提到的三個原則(“剛柔相濟”“多道防線”“抓大放小”)實施的基礎就是一定使結構渾然一體，也就是說這個原則是前面三個原則的保障。總的來說，設計者要使原本保持平衡和靜態的構件組合之后，在受到強烈的外力沖擊時還能保持原來的靜態，或者相對的靜態，這樣目的就達到了。

2 從概念設計上應解決的問題

1)“強柱弱梁”節點的控制措施。我們強調的強柱弱梁節點的作用是為了在碰到罕見的大地震時，可以讓梁端在外力作用下形成塑性鉸，柱端不屈服，并且還可位于非彈性的狀態，節點仍然可以在彈性的狀態當中。設計經驗告訴我們，在建筑結構許可的情況下，應該要把柱的截面尺寸盡可能做大些，讓柱的線剛度要比梁的線剛度之間的比值大于1，柱子的軸壓比一定要滿足規定的規范。在設計中要充分注意節點構造，盡量讓塑性鉸要向著梁跨內移。強柱弱梁節點問題的解決是至關重要的。

2)“強剪弱彎”的實施。保證構件延性，防止脆性破壞是建筑框架結構設計的重要環節，而保障這個環節的主要措施就是“強剪弱彎”的實施。“強剪弱彎”主要是為了在結構部件遭遇強大的罕見地震時，可以保證脆性剪切不會失效。

3 設計構造中的常見問題及處理措施

3.1 嚴格控制框架節點核芯區箍筋配置

設計人員應該嚴格按GB 50011-2001建筑抗震設計規范中的規定來控制框架節點核芯區配箍特征值及體積配箍率，這方面很多設計者往往會忽略，特別是不能滿足對柱軸壓比不大時(這個規定是為了保證節點核芯區延性的重要構造措施)的要求。對于這一點問題設計者以后應該充分考慮到，以防止出現不必要的損失。

3.2 底層框架柱箍筋加密區的范圍不能滿足

在設計中，設計人員要留意在GB 50011-2001建筑抗震設計規范中有規定:“底層柱，柱根處箍筋加密區的范圍應不小于柱凈高的1/3”，這是一新增加的規范要求，大多設計者可能都不太了解，以后設計過程中應該注意這個問題的解決。

3.3 框架梁上部縱筋端部水平錨固長度不能滿足

GB 50010-2002混凝土結構設計規范中有規定:“框架端節點的地方，一旦框架梁上部縱筋的水平直線段錨固長度不足的時候，應該向下彎曲并且伸到柱的外邊，控制好彎折前水平投影的長度一定要等于或者大于0.4LaE”，一旦框架柱的截面尺寸在400 mm×400 mm以下的時候，框架梁就易出現問題，這就會埋下一個很嚴重的安全隱患。

對于以上建筑框架結構設計中出現的問題，往往是設計者忽視的問題，只要設計者在設計之初能夠做好前期準備，重視這些問題，并按照國家規定來設計建筑，那么上述問題也就會隨之消失，建筑框架的結構也就會符合標準。

4 結語

文章介紹了建筑框架結構的設計原則，并且分析了概念設計，以及設計構造過程中出現問題的解決方法，只有設計者能夠遵循這些原則，同時細心認真，避免上述問題，才會設計出既安全又實用的優秀作品來。

［1］ 陳翠榮.框架結構設計中應注意的幾個問題［J］.山西建筑，2007，33(4)：58-59.

［2］ 肖燕武.淺談建筑結構設計的安全度［J］.科技創新導報，2007(35)：107.