非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)設(shè)計概述*

付偉超 張玉林

(西南科技大學(xué)城市學(xué)院 四川 綿陽 621000)

1 非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)概述

非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件為框架柱、框架梁以及樓板[1]。豎向荷載首先作用在板面上，然后通過板傳遞到框架梁，再由框架梁傳遞到框架柱，最后傳遞給基礎(chǔ)[2]，傳力路徑清晰。非框架結(jié)構(gòu)布置較為靈活輕巧,因地制宜地進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。與傳統(tǒng)的砌體結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)化相比：不規(guī)則框架結(jié)構(gòu)比砌體結(jié)構(gòu)整體性好，比框架結(jié)構(gòu)造型更為美觀。近些年，城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，業(yè)主對建筑的外形、立面效果等提出了更高的設(shè)計要求，非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)的使用更為頻繁。

非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)與普通框架結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于結(jié)構(gòu)布置上。非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)在進行結(jié)構(gòu)布置的過程中，在軸線的設(shè)置上與普通的框架結(jié)構(gòu)存在較大的差異，非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)根據(jù)建施圖確定軸線的具體位置，結(jié)構(gòu)布置較為靈活，容易適應(yīng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)分縫、轉(zhuǎn)角、曲線等復(fù)雜情況，滿足建筑使用功能的需求。但非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)的受力較為復(fù)雜，各方向剛度不一致，結(jié)構(gòu)構(gòu)件容易出現(xiàn)受扭破壞等情況。結(jié)構(gòu)為適應(yīng)場地變化，建筑體型往往會呈“L形”、“圓弧形”等形狀，這就對結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性提出了更高的要求，也是筆者著重闡述的重點。

2 非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)布置

結(jié)構(gòu)布置是非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要一環(huán)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置：①滿足結(jié)構(gòu)的受力要求，②滿足建筑功能的要求。框架柱的布置首先要考慮建筑使用功能的要求，滿足凈高、開洞、大空間的使用需求。非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)布置，柱距應(yīng)以6～8 m為宜,過大則影響結(jié)構(gòu)的安全性,過小則不經(jīng)濟。中柱的截面大小主要由軸壓比控制，邊柱和角柱的截面大小主要由側(cè)向剛度控制。邊柱和角柱的布置要均勻、規(guī)則、對稱。框架梁寬度不小于250 mm，高寬比不易大于4。混凝土板厚一般不小于100 mm，采用全屋剛性樓板假定。合理的結(jié)構(gòu)布置將會對后期的結(jié)構(gòu)分析提供極大地便利，并且受力明確，施工方便，降低造價。

3 非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計，需根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的抗震延性設(shè)計要求，確保非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)擁有足夠的抗震延性，保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗側(cè)能力,抗震延性設(shè)計準則包括：強柱弱梁、強節(jié)點、強錨固、強剪弱彎[3]。這4條準則對非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)側(cè)向位移的控制尤為明顯，最直接的表現(xiàn)就是層間位移角[4]是否會超限。結(jié)構(gòu)概念是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，只有理解并運用好這些設(shè)計準則，才能更好地提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。

在進行非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)兼顧非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)的剛度和柔度。結(jié)構(gòu)的剛性和柔性是不可調(diào)和的兩個方面，剛性越大則柔性越差，柔性越大則剛性越差。在自然環(huán)境下，剛性可以滿足建筑物在絕大多數(shù)情況下的需求，但是在較強的外力作用下，剛性強意味著變形能力差，在外力作用下整個建筑物會出現(xiàn)整體傾覆和節(jié)點應(yīng)力過大而破壞的情況。雖然柔性建筑可以在一定程度上降低施工成本，充分利用結(jié)構(gòu)的塑性變形，卻容易產(chǎn)生過大形變，影響建筑物的正常使用，在剛性和柔性之間找到良好的平衡，從而確保建筑物的安全性。 保證非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)剛?cè)岵拇胧┲饕校菏褂酶邚姸葻彳堜摻睢⒔Y(jié)構(gòu)剛度與地基土軟硬相反、采用牢固的構(gòu)造措施等。

在非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，其中重要的是框架柱，應(yīng)當(dāng)首先保證框架柱的剛度，從而保證在外力作用下，構(gòu)件塑性鉸充分地發(fā)揮作用，考慮塑性內(nèi)力重分布分析方法，充分挖掘和利用結(jié)構(gòu)潛在的承載能力，因而使結(jié)構(gòu)更加的合理經(jīng)濟。框架柱的剛度大，則在外力的作用下，首先破壞的的是框架梁，能起到一定的耗能作用，有柱的支撐作用，結(jié)構(gòu)并不會整體坍塌。所以對框架柱設(shè)計的合理性應(yīng)當(dāng)予以充足的重視。

4 三縫合一

由于受溫度、地震和不均勻沉降等因素的影響，建筑物會事先預(yù)留出一定的縫隙，即伸縮縫、沉降縫、防震縫[5]。沉降縫的設(shè)置需要把基礎(chǔ)斷開，均勻的地質(zhì)條件下，一般不需設(shè)置。防震縫需要把建筑物上部斷開，并做相應(yīng)的結(jié)構(gòu)處理,且沿建筑物全高設(shè)置，基礎(chǔ)不用斷開。防震縫是為了使建筑結(jié)構(gòu)或者豎向結(jié)構(gòu)較為規(guī)則,為防止在地震作用下建筑物被破壞。設(shè)置變形縫可以將建筑物分為幾個形狀簡單的結(jié)構(gòu)部分，以利于結(jié)構(gòu)變形，抵抗建筑物內(nèi)部應(yīng)力而設(shè)置的結(jié)構(gòu)縫。實際工程中,常用的就是把防震縫和伸縮縫合在一起，防震縫一般不考慮設(shè)置，一縫多用。實際震害表明：合理的設(shè)置變形縫能使結(jié)構(gòu)變得更規(guī)則，從而有利于非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)的變形，抵抗建筑物內(nèi)部產(chǎn)生的附加應(yīng)力和變形。

5 歸并包絡(luò)設(shè)計

在非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，平面布置非規(guī)則的框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)有抗震要求時，此類結(jié)構(gòu)不適合做平面簡化計算，應(yīng)當(dāng)整體計算，依次選取各榀框架的主要控制截面，保證結(jié)構(gòu)各部位的安全性。當(dāng)為非抗震地區(qū)的丙丁類建筑時，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工程量較大時，須先進行包絡(luò)設(shè)計以后，從不同類型的框架各選一榀，對剛度接近的可以歸并。每榀框架荷載最大的框架，由于荷載布置非規(guī)則，可以采取連續(xù)包絡(luò)等方式，歸并部分荷載。

6 非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計

基于前文的介紹，在進行鋼筋設(shè)計時，主筋應(yīng)當(dāng)首先考慮采用三級熱軋鋼筋(HRB400)，箍筋和其它附加鋼筋采用二級熱軋鋼筋(HRB335)。鋼筋的錨固長度和鋼筋的強度等級有關(guān)，所選用的鋼筋強度等級越高，需要的錨固長度就越長，相應(yīng)的非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面也越大。根據(jù)抗震概念設(shè)計原則，對非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計中構(gòu)造部分不需計算(配筋率、錨固長度、最小直徑等)，直接采用構(gòu)造措施[6]，確定鋼筋直徑和間距。

綜上所述，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，建筑平面和立面形狀為非規(guī)形狀或異性結(jié)構(gòu)，非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)會受到諸多因素的干擾，為保證非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)設(shè)計和具體情況相符，非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)布置應(yīng)當(dāng)遵循布置規(guī)則、均勻、對稱的原則，保證各向剛度，滿足抗震要求，抓住重點，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計安全適用，經(jīng)濟合理。此外，考慮到帶有特殊造型的結(jié)構(gòu)設(shè)計較為復(fù)雜且工程量很大，需要將概念設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)合起來，注意在充分掌握相關(guān)原理、數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上再使用合適的設(shè)計方法來實現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計效果。