建筑工程中框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造及設(shè)計(jì)研究

盧偉

摘要：框架結(jié)構(gòu)作為我國(guó)廣泛采用的建筑結(jié)構(gòu)形式，本文針對(duì)建筑工程框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造及設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：建筑工程；框架結(jié)構(gòu)；構(gòu)造設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU323.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2016）11—191—02

前言

建筑工程框架結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)對(duì)工程能否順利完成起著決定性的作用，因此必須要加強(qiáng)對(duì)建筑工程框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重視程度。

1建筑工程框架結(jié)構(gòu)的類(lèi)型及特點(diǎn)

1.1框架結(jié)構(gòu)的類(lèi)型

1.1.1根據(jù)框架的施工方式，可將框架結(jié)構(gòu)劃分為以下四種：

（1）全現(xiàn)澆式框架

全現(xiàn)澆式框架的承重結(jié)構(gòu)都是現(xiàn)場(chǎng)澆筑的，由于其整體性較好，所以具有良好的抗震性能。在全現(xiàn)澆式框架的設(shè)計(jì)與施工中梁、柱、樓板需要施工者到現(xiàn)場(chǎng)直接進(jìn)行施工。這種框架的施工中會(huì)消耗大量的材料.還會(huì)使施工的工期延長(zhǎng)。

（2）半現(xiàn)澆式框架

半現(xiàn)澆式框架結(jié)構(gòu)的施工需要預(yù)制，設(shè)計(jì)與施工的工程中可以有效減少混凝土的澆筑量，使生產(chǎn)成本有所減少。但半現(xiàn)澆式框架結(jié)構(gòu)的抗震性能以及整體結(jié)構(gòu)性能經(jīng)常不能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。

（3）裝配式框架

裝配式框架結(jié)構(gòu)也需要預(yù)制，一般是由施工者在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)完成預(yù)制，然后在運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝。該結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中可以起到減少施工工期的作用，材料用量較少，成本和時(shí)間唄有效減少。但是，這種結(jié)構(gòu)的抗震性能較弱，整體結(jié)構(gòu)性能也較低。

（4）裝配整體式框架

裝配整體式框架的設(shè)計(jì)融合了現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)和裝配式框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，其抗震性能和整體結(jié)構(gòu)性能都很好。但這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工較為復(fù)雜，需要施工人員有較高的技術(shù)水平和較豐富的經(jīng)驗(yàn)，需要的時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)。

1.1.2根據(jù)框架結(jié)構(gòu)的承載能力，可以將其分為三種：

（1）底層框架結(jié)構(gòu)

當(dāng)平面空間較大或者是對(duì)建筑有較高的外觀要求時(shí)，一般會(huì)采用底層框架結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的上層一般會(huì)采用混合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)在整體上因此而出現(xiàn)底部柔性較好、頂部剛性較好的情況。這種結(jié)構(gòu)能有效節(jié)約生產(chǎn)成本，但其抗震性能較弱。

（2）內(nèi)框架結(jié)構(gòu)

在內(nèi)框街結(jié)構(gòu)的施工中，會(huì)用到磚塊和鋼筋混凝土材料，這就使得框架的荷載較大、剛性較好。內(nèi)框架結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)使建筑結(jié)構(gòu)不易變形，但剛性較好導(dǎo)致其抗震能力較弱。

（3）全框架結(jié)構(gòu)

全框架結(jié)構(gòu)是一種性能較為全面的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不僅有很強(qiáng)的抗震能力，還能使建筑的整體性能得到提升。

1.2框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

在建筑框架結(jié)構(gòu)中，梁和柱是主要承重物，其承重體系明確。框架結(jié)構(gòu)是一種柔性結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠涑休d力和剛度都不高，構(gòu)件的截面相對(duì)較小是這種特性的根本原因。建筑框架結(jié)構(gòu)與豎向懸臂剪切梁相似，在受到較強(qiáng)水平作用力的時(shí)候容易發(fā)生水平方向的大量位移。當(dāng)框架結(jié)構(gòu)的高度增加時(shí)，梁柱會(huì)因?yàn)榭蚣艿闹亓吭黾佣霈F(xiàn)位移，對(duì)建筑的平面布局造成影響。

2建筑工程中框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

2.1安全性原則

在框架設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者一定要注重設(shè)計(jì)的合理性，并且制定完整的安全體系進(jìn)行設(shè)計(jì)。在工程建設(shè)中，施工人員不僅要保障建筑的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，而且也要構(gòu)建多重安全體系，盡可能的保障建筑的安全性。在施工過(guò)程中，施工人員一定要秉持安全第一的理念，切實(shí)保障施工安全，防止意外事故的發(fā)生。

2.2柔剛并濟(jì)原則

在建筑的構(gòu)建過(guò)程中，施工人員一定要遵循剛?cè)岵?jì)的原則進(jìn)行施工。如果建筑結(jié)構(gòu)太鋼化，在受到外部強(qiáng)力來(lái)襲的時(shí)候，就很有可能因?yàn)椴荒軐?shí)現(xiàn)變形來(lái)緩沖強(qiáng)力而使建筑徹底遭受破壞。如果建筑太過(guò)于柔性，就很有可能導(dǎo)致建筑抵擋不了壓力或是風(fēng)力而成為豆腐渣工程。因此，建筑要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久、持續(xù)的使用，就一定要遵循剛?cè)岵?jì)的原則，完成科學(xué)合理的施工。

2.3重點(diǎn)保護(hù)原則

在工程建設(shè)中，每一個(gè)建筑工程的部件在建筑性能上都各有不同，發(fā)揮的作用也是天差地別。在建筑中，有的部件發(fā)揮的作用大，有的部件發(fā)揮的作用小。因此，在進(jìn)行框架建設(shè)時(shí)，施工人員一定要抓住重點(diǎn)部件進(jìn)行建設(shè)。另外，在建筑面對(duì)重大破壞時(shí)，施工人員可以選擇犧牲一些次要的部件來(lái)減輕重點(diǎn)結(jié)構(gòu)部位的破壞，從而減輕建筑的破壞程度。

3建筑工程框架結(jié)構(gòu)的具體構(gòu)造設(shè)計(jì)

3.1框架結(jié)構(gòu)的高度設(shè)計(jì)

框架結(jié)構(gòu)的高度增加，就意味著結(jié)構(gòu)的層數(shù)增加。當(dāng)結(jié)構(gòu)的層數(shù)增加時(shí)，其水平位移相對(duì)增大，框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力也會(huì)隨之增加。當(dāng)高度達(dá)到一定值的時(shí)候，豎向負(fù)荷產(chǎn)生的內(nèi)力將會(huì)明顯小于水平負(fù)荷產(chǎn)生的內(nèi)力。這種情況會(huì)使豎向負(fù)荷的主要控制作用轉(zhuǎn)移到水平負(fù)荷上，而結(jié)構(gòu)的性能會(huì)有所改變。其強(qiáng)度會(huì)隨著高度的不斷增加而減弱，剛性也會(huì)因?yàn)楦叨鹊脑黾佣档汀＝Y(jié)構(gòu)的高度增加將會(huì)使水平位移成為結(jié)構(gòu)性能的控制因素，會(huì)對(duì)建筑產(chǎn)生一定的不良影響影響。

3.2框架柱的設(shè)計(jì)

對(duì)于框架柱的設(shè)計(jì)，必須要注意以下幾點(diǎn)：

（1）設(shè)計(jì)過(guò)程中要明確結(jié)構(gòu)的傳力體系，使其滿(mǎn)足基本的受力要求，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，柱之間的距離應(yīng)該保持一致且排列整齊。框架結(jié)構(gòu)在水平方向和水平垂直方向上都要承載相應(yīng)的壓力，所以要根據(jù)建筑的實(shí)際情況對(duì)柱的位置進(jìn)行調(diào)整，使其滿(mǎn)足受力要求。

（2）要根據(jù)建筑的實(shí)際用途進(jìn)行柱網(wǎng)的設(shè)計(jì)，要滿(mǎn)足建筑的隔墻需求。一般情況下會(huì)將柱放在縱橫墻的交叉點(diǎn)，以確保建筑物的功能不受影響。

（3）柱網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)該本著省時(shí)省力的目的進(jìn)行，不進(jìn)要考慮到設(shè)計(jì)的方便性，還要考慮施工階段的方便性，在保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量的情況下，盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化。

3.3框架梁的設(shè)計(jì)

（1）橫向框架承重。橫向框架承重是指框架的承重梁在橫向上進(jìn)行設(shè)計(jì)，連系梁則在縱向上設(shè)計(jì)。這樣的設(shè)計(jì)會(huì)使跨數(shù)減小，主梁的設(shè)計(jì)是在橫向上完成的。這樣的設(shè)計(jì)會(huì)將梁截面增大，以此增加建筑物在橫向上的剛度。

（2）縱向框架承重。與橫向框架承重相反，縱向框架承重是將承重梁的設(shè)計(jì)換到縱向上來(lái)，而連系梁則換到橫向上。縱向框架承重會(huì)減小結(jié)構(gòu)橫向上的剛性，使框架的整體受力不合理，影響框架的穩(wěn)定性。

（3）縱橫向共同承重。這種框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，縱橫向上都有承重梁，兩者共同承擔(dān)建筑的壓力。由于其受力存在空間性，所以具有較好的整體性能，能夠全面保障建筑的安全。

3.4框架抗震設(shè)計(jì)

在框架結(jié)構(gòu)的抗震內(nèi)力劃分中，依據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型和建筑的高度及設(shè)防烈度將其劃分為四個(gè)等級(jí)。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，不同抗震能力的框架結(jié)構(gòu)必須要滿(mǎn)足相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求，需要通過(guò)專(zhuān)業(yè)的檢測(cè)。對(duì)于不同的框架結(jié)構(gòu)，地震烈度相同的情況下，會(huì)出現(xiàn)要求不同，因?yàn)榭蚣艿慕Y(jié)構(gòu)決定了其抗震能力的不同。對(duì)于框架中的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，需要通過(guò)相應(yīng)的方法來(lái)使其抗震能力滿(mǎn)足要求。

4提升建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的策略

4.1短柱問(wèn)題解決

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該盡量避免形成短柱，因?yàn)榈卣鹬校讨钊菀紫劝l(fā)生以剪切變形為主的脆性破壞。如果框架結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)短柱時(shí)，要從增強(qiáng)短柱的承載力以及縮小短柱的截面尺寸入手，采取各種有效的措施提高短柱的延性，提高短柱的抗震性能。一般的做法是使用復(fù)合箍筋，也就是將箍筋沿全高加密，并確保短柱的縱向鋼筋能對(duì)稱(chēng)布置。除此之外，還可以采用配x形鋼筋或外包鋼板等方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

4.2混凝土強(qiáng)度問(wèn)題解決

由于混凝土和鋼筋的不同特性，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，最好將混凝土用于承受壓力.將鋼筋用來(lái)承受拉力。一般情況下使用的混凝土，是用砂和石作為原材料、水泥作為膠凝材料與水按相應(yīng)的配合比拌合，并不斷攪拌所形成的，混凝土具有良好的易和性、強(qiáng)度高、耐久性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)各主體構(gòu)件部分、現(xiàn)澆梁和柱之間，可使用同等強(qiáng)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的混凝土，確保結(jié)構(gòu)的質(zhì)量；也可將重要構(gòu)件的混凝土標(biāo)號(hào)提高，確保主要構(gòu)件的受力性能。

4.3薄弱層問(wèn)題解決

地震很容易將薄弱層破壞掉，就理論上來(lái)說(shuō)，要想避免薄弱層的出現(xiàn)，就要避免相鄰樓層的剛度突變，提高薄弱層的抗側(cè)移剛度，這個(gè)問(wèn)題可以從擴(kuò)大它的梁截面和柱截面入手，如果可以適當(dāng)?shù)販p少建筑層高或基礎(chǔ)埋置的深度就更好了。但在實(shí)際工程中，避免薄弱層是很有難度的一項(xiàng)工作，那么就只能根據(jù)相關(guān)規(guī)定科學(xué)準(zhǔn)確地計(jì)算結(jié)構(gòu)，并且要考慮多種情況和影響因素。若計(jì)算的結(jié)果不符合規(guī)范要求，就要對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新調(diào)整計(jì)算。

4.4梁體鋼筋結(jié)點(diǎn)過(guò)密問(wèn)題解決

在對(duì)梁體斷面施工中，最重要的是梁體與其上下部分鋼筋距離的合理設(shè)置，如施工過(guò)程中要將鋼筋分排放置，上下鋼筋之間要滿(mǎn)足間距要求。為了更好地發(fā)揮箍筋抗剪承載能力，不管是鋼筋的分布工作，還是捆扎工作，都要求均勻。

4.5鋼筋混凝土保護(hù)層問(wèn)題解決

為了保證鋼筋和構(gòu)件的使用效果，要正確處理構(gòu)件內(nèi)各類(lèi)鋼筋的相互關(guān)系，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，以鋼筋的正確位置為依據(jù)，確定構(gòu)件內(nèi)鋼筋的保護(hù)層厚度、構(gòu)件的有效截面高度以及梁柱內(nèi)箍筋的保護(hù)層厚度和正確位置。

5結(jié)語(yǔ)

建筑工程中的框架結(jié)構(gòu)是一種廣泛采用的結(jié)構(gòu)形式，在框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該從框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的客觀實(shí)際要求出發(fā)，確保設(shè)計(jì)合理。