芻論建筑框架結構設計要點

韓淑赟

【摘要】文章主要對建筑框架結構設計進行了相關闡述，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，希望可以通過本文給廣大設計工作者提供借鑒。

【關鍵詞】框架結構設計 原則 問題

一、框架結構設計原則

1、剛柔并濟合理的建筑結構體系應該是剛柔相濟的。結構太剛則變形能力差，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；而太柔的結構雖然可以好的消減外力，但容易造成變形過大而無法使用甚至全體傾覆。結構是剛多一點好，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生變形以適應外力，太柔的結果必然是太大的變形，甚至會導致立足不穩而失去根本。這些問題歷來都是專家們爭論的焦點，現今的規范給出的也只是一些控制的指標，但無法提供精確答案。

2、多道防線

安全的結構體系是層層設防的，災難來臨，所有抵抗外力的結構都在通力合作，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件上，是非常非常危險的。如土建結構中多肢墻比單片墻好，框架剪力墻比純框架好等等，就是體現了多道防線的設計思路。

3、抓大放小

在框架結構結構體系中具有"強柱弱梁"、"強剪弱彎"等的說法也是鋼筋砼框架結構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？為什么所有構件都很強的結構體系反而不好，甚至會有安全隱患呢？這里面首先包含著一個簡單的道理：絕對安全的結構是沒有的。簡單地說，雖然整個結構體系是由各種構件協調組成一體，但各個構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，各個構件協作抵抗的目的，就是為了保住最重要的構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！在鋼筋砼框架結構中，柱倒了，梁會跟著倒；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節，使其破壞在先，以最大限度減少可能出現的損失。

4、打通關節

理想的結構體系當然是渾然一體的--也就是沒有任何關節的，這樣的結構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構中各種各樣的關節"打通"，使力量在關節處暢通無阻。中醫上云："通則不痛，痛則不通"，結構就像一個人，氣穴若不能暢通，癥結和隱患就會產生。在設計的四項基本原則中，"剛柔相濟"，"多道防線"，"抓大放小"是設計概念中的戰略問題，但要想得讓這些戰略思想得以實現，靠的是"打通關節"這個原則作為保證的，結構設計的具體操作，最后全都歸到"打通關節"的貫徹和實施上來。 打通關節保持平衡的目的其實就是使其永遠處于原始的靜態，當力量不能暢通時，構件與構件之間，構件的組成元素與元素之間的靜態平衡一旦被破壞，結構變成機動，"動"即是死，即為終結。可見設計者是協調者，其任務是讓所有互不相關的靜態構件相聚之后依然處于靜態（也就是使其保持常態），或者是處在相對的靜態之中。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，施以規則，順之導之，才能達至繁榮昌盛。

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 5001 1-2010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 50011-2010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 50010-2010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0.4L E"，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

文章主要闡述了建筑框架結構設計遵循的原則，從概念設計和構造設計方面分析了框架結構設計中存在的問題，并提出了解決對策與處理措施，從而保證框架結構設計滿足規范要求。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。

綜上所述，隨著經濟發展，我國的高層建筑數量必然會繼續上升，但從建筑質量安全的角度來講還需要引起重視。在高層建筑結構設計中要牢牢把握新時代的發展趨勢以及結構設計的新規范，做出合理的方案選擇，提高實際建筑的安全性能。工程設計人員要不斷革新自我的設計意識和理念，用認真負責的態度進行建筑結構設計，結合自身工作經驗，明確高層建筑結構設計的需求，設計出安全、出色，具有優秀品質的高層建筑。

參考文獻：

[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.