高層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題

范春鵬

摘要：現(xiàn)代化建筑工程都朝著超高層、大體量方向發(fā)展，這無疑加大了高層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度。為了確保高層建筑施工過程以及日后使用過程中的安全可靠性，本文首先闡述了高層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題，進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：高層建筑;框架結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)

高層建筑已經(jīng)成為城市建筑形式中的主流。但是，對(duì)于高層建筑來說，框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案在很大程度上決定著建筑物的安全穩(wěn)定性及使用壽命。

1框架結(jié)構(gòu)概述

框架結(jié)構(gòu)主要由梁和柱構(gòu)成，其是一種十分重要的承重結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中可起到承重、分隔及保護(hù)的作用，更好地發(fā)揮出工程的使用功能。

2 框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

2.1 經(jīng)濟(jì)

設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)時(shí)，建筑單位能夠更加科學(xué)有效地控制工程造價(jià)，從而有效降低工程的成本。建筑施工以獲取經(jīng)濟(jì)效益為最終目的，框架結(jié)構(gòu)施工成本投入較其他結(jié)構(gòu)形式低，且該結(jié)構(gòu)形式的經(jīng)濟(jì)收益較高，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。

2.2 靈活

框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的平面空間設(shè)計(jì)效果較好，能夠提高建筑平面空間布局的科學(xué)性與合理性，從而增大建筑空間結(jié)構(gòu)的利用率，讓建筑形式內(nèi)部的設(shè)置更為合理。

2.3 穩(wěn)定

框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要使用標(biāo)準(zhǔn)件，且施工的規(guī)范性更強(qiáng)，要求施工人員具有較為高超的施工技術(shù)及較高的綜合素養(yǎng)。合理利用框架結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的安全性，進(jìn)而增大工程施工的經(jīng)濟(jì)效益。

3建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題及要點(diǎn)

3.1合理設(shè)置基礎(chǔ)系梁

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如基礎(chǔ)埋深較大，則應(yīng)利用基礎(chǔ)系梁底層柱的計(jì)算長度來取值。如在±0.00的條件下設(shè)置系梁，系梁要以一層框架梁來設(shè)計(jì)，并可以短柱來設(shè)計(jì)系梁以下的柱體。若工程條件能夠滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，則需對(duì)其設(shè)置基礎(chǔ)系梁。參照工程抗震的基本要求，設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)者需在兩個(gè)主軸方向設(shè)置構(gòu)造基礎(chǔ)系梁，規(guī)定其界面高度為柱中心距的1/12～1/15。構(gòu)造基礎(chǔ)系梁縱向受力鋼筋要為連接柱最大軸力設(shè)計(jì)值的1成，同時(shí)將其視為拉力值。基礎(chǔ)系梁界面則應(yīng)結(jié)合實(shí)際加以調(diào)整，確保配筋受力滿足工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求。構(gòu)造基礎(chǔ)系梁頂標(biāo)高數(shù)值與基礎(chǔ)頂標(biāo)高的數(shù)值完全相同。

為了嚴(yán)格控制基礎(chǔ)系梁計(jì)算的跨度，工作人員可將基礎(chǔ)梁與獨(dú)立基礎(chǔ)臺(tái)階或雛形斜坡間的空鼓位置以素混凝土為原料開展?jié)仓┕ぃ瑵仓母叨刃璧竭_(dá)基礎(chǔ)頂端，滿足上述要求后方可澆筑基礎(chǔ)系梁。

3.2樓板開大洞結(jié)構(gòu)計(jì)算

樓板開洞結(jié)構(gòu)十分常見，若開闊面積超過樓層面積的30%，則其為不規(guī)則平面，計(jì)算時(shí)需采取有效的處理措施。例如，PK-PM軟件，TAT與SAT、IVE，施工人員可采用上述兩種處理方式。TAT軟件將無樓板節(jié)點(diǎn)視為彈性節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)突破了剛性樓板的限制，自由性和獨(dú)立性較強(qiáng)。若選擇剛網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，則要輸入板厚，并將其作為彈性模，采用上述方法計(jì)算出的樓板平面剛度符合實(shí)際的要求。在準(zhǔn)確定義彈性節(jié)點(diǎn)和彈性模后，在計(jì)算的過程中還需利用總剛度計(jì)算法確保計(jì)算的準(zhǔn)確性。如無法滿足上述要求，則剛度計(jì)算的過程中應(yīng)以剛性樓板計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和結(jié)構(gòu)的配筋，這也是計(jì)算中需要注意的重要內(nèi)容。

3.3框架梁柱偏心

在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，外墻與柱邊應(yīng)當(dāng)高度一致，但是，這種設(shè)計(jì)方式會(huì)出現(xiàn)挑耳和柱偏心的問題。設(shè)計(jì)人員無法確定設(shè)計(jì)的形式。若框架梁設(shè)置挑耳，則其能夠充分保證框架梁與框架柱中心一致，有利于優(yōu)化梁柱機(jī)構(gòu)受力。但是其也會(huì)使填充墻的構(gòu)造柱下方與上方縱筋錨固效果受到較大的影響。若框架梁與框架柱偏心設(shè)置，則受到地震作用時(shí)，梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域的受剪面積無法滿足工程設(shè)計(jì)的要求，并且也會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的柱扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在設(shè)計(jì)規(guī)范中，對(duì)梁偏心距做出了明確的規(guī)定，所以外框架梁設(shè)計(jì)中一般設(shè)置挑耳來控制外墻偏心。

3.4短柱

框架結(jié)構(gòu)中，若柱凈高與柱截面高度不足4或剪跨比不足2，則可判定其為短柱。短柱受到地震作用后，容易出現(xiàn)脆性破壞。由于短柱所承受的承載力和變形能力有限，會(huì)導(dǎo)致十分嚴(yán)重的建筑物損壞問題。因此在設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者務(wù)必采取有效的規(guī)避措施。

短柱形成的原因主要有兩類：①樓梯間半休息平臺(tái)或結(jié)構(gòu)某一位置出現(xiàn)錯(cuò)層問題，使兩個(gè)框架梁間的框架柱凈高無法滿足設(shè)計(jì)要求。②填充墻設(shè)置不科學(xué)不合理，使框架柱兩側(cè)出現(xiàn)未設(shè)置填充墻的問題。部分雖然有填充墻，但其柱凈高與柱截面面積的比值不足4，從而造成短柱現(xiàn)象。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際提高柱的抗剪承載力，增強(qiáng)其變形能力。此外，還要采用復(fù)合箍筋，箍筋需沿著全高加密，注重結(jié)構(gòu)布置的對(duì)稱性。且每一側(cè)縱向鋼筋的配筋率應(yīng)在1.2%以內(nèi)，這里可采用外包鋼筋等多種處理方式。

3.5非結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)

按照建筑抗震設(shè)計(jì)的基本要求，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要由建筑費(fèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)件與建筑附屬機(jī)電設(shè)備、自身翼與結(jié)構(gòu)件主體的連接等構(gòu)成。同時(shí)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者要始終堅(jiān)持抗震設(shè)計(jì)的理念。如在框架結(jié)構(gòu)女兒墻構(gòu)造柱的設(shè)置中，如女兒墻高度在1.0m以上，則需積極采取結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施，提高女兒墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及安全性，高度重視屋面小構(gòu)架及內(nèi)力與配筋。設(shè)計(jì)規(guī)范中要求，女兒墻設(shè)計(jì)以3為增大系數(shù)，該增大部分不得繼續(xù)向下傳遞，但是與其連接的部位則需按照要求計(jì)入其中。

4結(jié)束語

對(duì)此，設(shè)計(jì)人員要針對(duì)設(shè)計(jì)過程中的重要環(huán)節(jié)進(jìn)和地研究與分析，努力提出更為先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和方法，使高層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得以優(yōu)化的同時(shí)，推動(dòng)我國建筑行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

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