淺析混凝土框架結(jié)構(gòu)設計

萬昌松

摘要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們生活質(zhì)量以及建筑要求都在不斷提高，這使得混凝土框架結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)得到了廣泛應用。隨著建筑功能和建筑造型要求日趨多樣化，無論是工業(yè)建筑還是民用建筑，在結(jié)構(gòu)設計中遇到的各種難題也越來越多。建筑結(jié)構(gòu)設計是個系統(tǒng)的、全面的工作，同時也是建設工程設計的關鍵環(huán)節(jié)，關系到建筑結(jié)構(gòu)安全、建筑結(jié)構(gòu)使用功能等方面。因此，相關工作人員需要扎實的理論知識作為基礎，同時需要靈活創(chuàng)新的思維和嚴肅認真負責的工作態(tài)度。本文針對框架結(jié)構(gòu)設計過程中應該注意的幾個問題進行探討。

關鍵詞：混凝土；框架結(jié)構(gòu)；設計

引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，混凝土框架結(jié)構(gòu)得到了廣泛應用，結(jié)構(gòu)設計思想也在不斷更新。作為目前應用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一，混凝土框架結(jié)構(gòu)由梁和柱剛性連接的骨架所組成，而且框架的連接點是剛節(jié)點，具有幾何不變的特性。因此，混凝土框架結(jié)構(gòu)是一種抗風、抗震較好的結(jié)構(gòu)體系，而且建筑平面布置靈活，能夠使用的空間相對較大，延性較好易于滿足建筑物房間設置的相關要求，不僅在工業(yè)建筑，而且在民用建筑中都被廣泛應用。但是，在框架結(jié)構(gòu)設計中，仍然存在著一些概念性和實際性的問題需要設計人員予以高度重視，以確保結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量。

1.混凝土框架整體結(jié)構(gòu)設計

無論是工業(yè)建筑還是民用建筑，對于建筑混凝土框架的整體結(jié)構(gòu)設計來說，主要應該注意以下幾點設計要求：①工程的基本概況以及標高；②建筑所用的材料，主要包括混凝土、鋼材以及焊條等常用材料和有特殊要求時的附加材料；③設計依據(jù)，主要是指相關的文件、圖集、規(guī)范以及氣象條件；考慮到設計安全，則應該注意抗震設防烈度、結(jié)構(gòu)抗震等級、結(jié)構(gòu)安全等級、設計使用年限以及混凝土環(huán)境類別等；對于設計基礎還應該交代地基基礎設計等級、回填土要求以及地基情況及承載力等；④應該特別注意混凝土保護層厚度、選用詳圖、圖紙中相關說明以及通用詳圖或節(jié)點，同時應注意在施工過程中圖中并未畫出而通過說明來表達的信息和施工時注意事項、相關卷冊等等。

2.混凝土框架結(jié)構(gòu)設計時應注意的問題

2.1框架結(jié)構(gòu)選擇主要因素

框架結(jié)構(gòu)由于其抗側(cè)剛度較差，因此在地震區(qū)不宜設計較高的框架結(jié)構(gòu)。在Ⅶ度（0.15g）設防區(qū)，對于一般民用建筑，層數(shù)不宜超過7層，總高度不宜超過28m。在Ⅷ度（0.3g）設防區(qū)，層數(shù)不宜超過5層，總高度不宜超過20m。超過以上數(shù)據(jù)時雖然計算指標均滿足規(guī)范要求，但是不經(jīng)濟。框架結(jié)構(gòu)體系是介于砌體結(jié)構(gòu)與框架一剪力墻結(jié)構(gòu)之間的可選結(jié)構(gòu)體系。框架結(jié)構(gòu)設計應符合安全適用、技術先進、經(jīng)濟合理、方便施工的原則（結(jié)構(gòu)設計原則）。

2.2抗震等級的選取

地震作用應符合本地區(qū)抗震設防烈度的要求，通常情況下，當抗震設防烈度為Ⅵ～Ⅷ度時，應符合本地區(qū)抗震設防烈度提高一度的要求。然而，在選取抗震等級過程中經(jīng)常會出現(xiàn)選錯抗震等級的情況，這直接關系到建筑物的安全使用，所以相關設計人員應綜合考慮各方面影響因素，保證對抗震等級進行合理選取。關于水平地震作用以及結(jié)構(gòu)側(cè)移大小的影響因素，應從各個方面進行考慮，例如地震烈度、建筑場地類別、建筑物高度等因素。同時，建筑物的使用性能的重要性也影響著水平地震作用以及結(jié)構(gòu)側(cè)移大笑。在結(jié)構(gòu)設計過程中，為保證建筑物真正達到安全經(jīng)濟的目的，規(guī)范根據(jù)影響因素可以將框架結(jié)構(gòu)分為不同的抗震等級，如表1所示。

對于抗震驗算時，不同的樓蓋及布置決定了不同的驗算方法，可以根據(jù)具體情況選擇采用剛性、柔性以及剛?cè)崂碚撚嬎恪?/p>

2.3結(jié)構(gòu)平面、豎向布置

作為框架結(jié)構(gòu)設計的重要部分，對梁、柱的截面尺寸的選擇是相當關鍵的，必須按照相關規(guī)范要求取值范圍進行取值。設計框架結(jié)構(gòu)時應保證其具有必要的剛度、承載力、穩(wěn)定性、延性及耗能等性能，進而能夠確保框架結(jié)構(gòu)的抗震安全。通常情況下，為了滿足縱橫兩個方向的風荷載或地震作用，在設計框架結(jié)構(gòu)過程中宜設計成雙向梁柱剛架體系；在鉸接排架方向應設置支撐或抗震墻，以保證結(jié)構(gòu)的承載力、剛度和穩(wěn)定。框架結(jié)構(gòu)設計中應合理地布置抗側(cè)力構(gòu)件，進而減少地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應；結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜保證其變化相對均勻，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小；在保證具有良好的整體性前提下，平面布置應盡量規(guī)則、對稱。

2.4振型組合數(shù)的選取

對于建筑層數(shù)較多，當不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時，振型數(shù)應大于等于3；當振型數(shù)多于3時，宜取為3的倍數(shù)，但應小于層數(shù)。當房屋層數(shù)小于等于2時，振型數(shù)可取層數(shù)。當建筑不規(guī)則，當考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時，振型數(shù)應大于等于9，但是應小于結(jié)構(gòu)層的3倍，只有定義彈性樓板且按總剛分析法分析時，才可以取更多的振型。同時，根據(jù)建筑抗震設計相關規(guī)范規(guī)定，振型數(shù)可以取振型參與質(zhì)量達到總質(zhì)量90%所需的振型數(shù)。

3.相關框架結(jié)構(gòu)構(gòu)造設計

3.1框架外挑梁配筋設計

由于占地面積的限制、使用功能的要求或結(jié)構(gòu)上的原因，通常工程上在框架的梁端設計挑梁。由于框架梁的荷載與外挑梁的實際荷載值不同，因而框架梁與外挑梁的斷面尺寸會有所不同，而部分設計人員在繪圖時只是簡單地將框架梁上的某些主筋向外挑梁延伸，這會造成有些主筋根本無法伸進挑梁，此類差錯通常在施工時才會暴露出來，但為時已晚，許多鋼筋已截斷成型，在影響了施工進度的同時，也可能造成了嚴重的經(jīng)濟損失。

框架梁外挑梁下常設置鋼筋混凝土柱。框架設計中在對柱的內(nèi)力和配筋進行計算，由于部分設計人員對其受力概念理解不徹底，誤認為此為構(gòu)造柱，并且其配筋為構(gòu)造配筋，這樣有可能導致水平荷載作用下承載力不足，進而有可能發(fā)生安全事故。

3.2懸挑梁和主梁上的次梁設計

由于原先次梁的上層鋼筋在主梁鋼筋的上側(cè)，而由主梁延伸出的懸挑梁上層鋼筋理論上來說應該處于次梁的下側(cè)，因此，造成懸挑梁構(gòu)件鋼筋保護層厚度過大。其主要原因是由于鋼筋設計和操作工人控制等因素造成現(xiàn)場懸挑梁的鋼筋保護層過大，進而造成對懸挑構(gòu)件的受力的不合理，而由此可見懸挑構(gòu)件鋼筋保護層厚度是施工控制的關鍵。由于在現(xiàn)場施工過程中準確控制懸挑梁鋼筋的保護層厚度存在一定的困難，因此設計人員在進行結(jié)構(gòu)設計時，必須要考慮懸挑梁保護層厚度過大的不利因素，同時還要和施工單位密切注意懸挑梁的上鐵保護層，共同努力來減小誤差。

4.結(jié)束語

在我國現(xiàn)代建筑設計領域，無論是在保證建筑外觀形態(tài)方面還是在保障建筑安全方面，框架結(jié)構(gòu)設計都占有重要戰(zhàn)略位置。混凝土框架結(jié)構(gòu)雖然相對簡單，但設計中仍有很多需要注意的問題。因此，在進行混凝土框架結(jié)構(gòu)設計時，為了保證建筑物的結(jié)構(gòu)安全，相關設計人員必須判斷結(jié)構(gòu)方案的可行性，對可能出現(xiàn)的問題進行預防，同時對可能碰到的問題提前制定解決措施，并對所有計算結(jié)構(gòu)綜合分析、總結(jié)，準確無誤后方可交予施工方應用于實際工程。綜上所述，相關設計人員必須熟練地掌握規(guī)范，并具有良好的結(jié)構(gòu)概念，才能設計出既安全又經(jīng)濟適用的優(yōu)秀作品。

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收稿日期：2013-4-10