建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、問題與對(duì)策探究

范明明

（中冶北方（大連） 工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116600）

建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較于單層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有設(shè)計(jì)難度高、施工難等特點(diǎn)，隨著建筑功能和造型的不斷更新和發(fā)展，人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求越來越高。在建筑施工之中，框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)被廣泛運(yùn)用在各類建筑之中，設(shè)計(jì)人員要重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中框架結(jié)構(gòu)的問題，并采取相應(yīng)的措施加以解決。

1 框架結(jié)構(gòu)概述

框架結(jié)構(gòu)是由柱和梁剛接或者鉸接組成建筑物的基本骨架結(jié)構(gòu)，最主要的作用是由柱承擔(dān)豎向荷載、梁承擔(dān)水平荷載，從而構(gòu)成柱和梁共同抵抗壓力的承重系統(tǒng)。在建筑物中墻的主要作用是分割空間，而且為了減輕建筑物的重量，墻體料多使用新型的輕質(zhì)保溫材料。在實(shí)際施工之中。框架結(jié)構(gòu)具有成本低、效率高等特點(diǎn)，所以適用范圍特別廣，而且框架結(jié)構(gòu)所用材量少，整體重量輕，可以減少地基的稱重壓力，這樣建筑物內(nèi)就可以分割更多的空間。而且框架結(jié)構(gòu)可以靈活配合建筑平面上的點(diǎn)，為安排較大空間結(jié)構(gòu)的建筑設(shè)計(jì)提供了條件。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中框架結(jié)構(gòu)的問題分析

2.1 基礎(chǔ)寬度不足

在建筑工程中，條形基礎(chǔ)的應(yīng)用較為廣泛，對(duì)其寬度進(jìn)行計(jì)算的過程中，因力學(xué)模型運(yùn)用的不恰當(dāng)，或是在選用力學(xué)模型時(shí)，考慮的不夠周詳，從而使條形基礎(chǔ)的寬度不足，由此會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性造成影響。如果建筑墻體上出現(xiàn)相對(duì)較大的作用力集中現(xiàn)象時(shí)，這部分作用力會(huì)經(jīng)過條形基礎(chǔ)擴(kuò)散到地基中，若是設(shè)計(jì)過程中，以該作用力除以墻段的長(zhǎng)度得出的平均荷載，對(duì)條形基礎(chǔ)的寬度進(jìn)行確定，則可能會(huì)出現(xiàn)局部基礎(chǔ)寬度不足的現(xiàn)象。設(shè)計(jì)人員在對(duì)建筑框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常都會(huì)使用到空間分析計(jì)算軟件。

2.2 忽略縱向框架的設(shè)計(jì)

為滿足建筑物的抗震設(shè)計(jì)要求，要在建筑物框架中設(shè)計(jì)兩根主軸，利用主軸方向的測(cè)拉力承擔(dān)地震時(shí)所產(chǎn)生的水平壓力。但是很多設(shè)計(jì)人員在建筑物框架設(shè)計(jì)之中只在縱向設(shè)計(jì)的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)計(jì)使框架之中縱筋數(shù)量不足，而且梁柱的節(jié)點(diǎn)無法滿足框架抗震的要求。而且主軸設(shè)計(jì)的缺失導(dǎo)致出現(xiàn)梁的支座負(fù)筋、跨中縱筋數(shù)量不足，導(dǎo)致建筑物在發(fā)生地震時(shí)難以保證穩(wěn)定性。

2.3 抗震設(shè)計(jì)方面的問題

建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其是在一些地震發(fā)生頻率較高的地區(qū)。2008 年的汶川大地震雖然時(shí)隔已久，但在當(dāng)時(shí)其所造成的影響以及對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的破壞都是非常嚴(yán)重的，由此對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提出了更高的要求。在我國(guó)的西南地區(qū)及山區(qū)中，對(duì)建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須采用合理可行的抗震技術(shù)，這是現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)提出的基本要求。

3 建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

3.1 提升建筑的剛度和側(cè)向抵抗力

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，不僅需要確保建筑整體結(jié)構(gòu)具備能夠承受足夠垂直荷載的能力，還要確保建筑整體結(jié)構(gòu)具備足夠剛度和抵抗側(cè)向力的能力，以確保建筑不會(huì)因受到較大側(cè)向力的作用下發(fā)生超過允許范圍的側(cè)向偏移。原因在于如果建筑出現(xiàn)了較大范圍的側(cè)向位移，將會(huì)導(dǎo)致建筑整體的樓層重心發(fā)生偏移，就會(huì)對(duì)建筑的安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生巨大影響。

3.2 重視解決縱向框架設(shè)計(jì)問題

在進(jìn)行建筑物框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須符合建筑物的抗震設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)過程中尋求橫向框架和縱向框架相互協(xié)調(diào)配合的多層建筑框架結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)過程中盡量避免對(duì)連續(xù)梁的依賴，而在建筑框架設(shè)計(jì)中注重主軸的設(shè)計(jì)，從而增加梁的穩(wěn)定性。

3.3 合理設(shè)計(jì)梁柱中心線

建筑框架結(jié)構(gòu)中，梁、柱的中心線是優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)此設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)予以足夠的重視。一方面，要確保框架梁及框架柱的中心線設(shè)計(jì)與現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求相符，即梁柱中心應(yīng)當(dāng)重合，若是中心線出現(xiàn)偏移，則應(yīng)考慮偏心對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域受力及構(gòu)造的影響。另一方面，若是偏心距過大，即超過該方向柱寬的1/4 時(shí)，可采取水平方向加腋等措施進(jìn)行處理。經(jīng)過加腋處理后的梁，在對(duì)剪壓比及受彎承載力進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)忽略加腋截面所產(chǎn)生的有利影響，以免導(dǎo)致驗(yàn)算結(jié)果出現(xiàn)偏差。

3.4 抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

為了有效地幫助框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系的高層建筑能夠抵抗縱橫兩個(gè)方向的地震作用及風(fēng)荷載的作用，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中將框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成雙向梁柱結(jié)構(gòu)體系。如果施工條件比較特殊，則需要采用框架及排架兩種結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.5 重視薄弱層問題

由于框架結(jié)構(gòu)中的薄弱層會(huì)影響建筑物的抗震能力，所以在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中要注重薄弱層問題。一般判斷薄弱層有以下幾點(diǎn)方法：第一，靠設(shè)計(jì)人員指定，設(shè)計(jì)人員根據(jù)相關(guān)的規(guī)定和依靠自己以往的經(jīng)驗(yàn)，在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中直接指出薄弱層。第二，通過計(jì)算指定，利用軟件對(duì)將框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后與相關(guān)數(shù)據(jù)規(guī)定進(jìn)行對(duì)比，比如結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不符或者樓層承載的突變數(shù)據(jù)符合薄弱層的特點(diǎn)，則會(huì)被軟件自動(dòng)認(rèn)定為薄弱層。

4 結(jié)語(yǔ)

建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建設(shè)全過程中非常重要的環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)給予足夠的認(rèn)識(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的專業(yè)性問題進(jìn)行深入探討和分析，才能縮短施工工期、提升施工質(zhì)量和獲得經(jīng)濟(jì)效益。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)起著重要的影響。