丁維娜

摘 要:在建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要組成部分。它保證著建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、平衡與安全,直接影響著建筑物的質(zhì)量與安全。因此,本文詳細(xì)論述了框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理、重要原則和設(shè)計(jì)方法,以保證多層建筑物和高層建筑物的質(zhì)量安全。

關(guān)鍵詞:框架結(jié)構(gòu)基本原理重要原則設(shè)計(jì)方法

中圖分類(lèi)號(hào):TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)05(c)-0042-01

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的框架結(jié)構(gòu),是保證建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全的重要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)具有空間分割靈活的特性,可以靈活地配合建筑平面布置實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)構(gòu)想,有利于需要較大空間的建筑結(jié)構(gòu)。因此,框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在多層建筑物和高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是非常重要的部分。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展,城市現(xiàn)代化進(jìn)程的加深,多層建筑物和高層建筑物的不斷涌現(xiàn),框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)人士的重視。

1 框架結(jié)構(gòu)的定義和類(lèi)型

1.1 定義

框架結(jié)構(gòu)是指由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成構(gòu)成承重體系的結(jié)構(gòu),即由梁和柱組成框架共同抵抗適用過(guò)程中出現(xiàn)的水平荷載和豎向荷載?？蚣芙Y(jié)構(gòu)是多層房屋的主要結(jié)構(gòu)形式,也是高層建筑的基本結(jié)構(gòu)單元。

1.2 類(lèi)型

(1)按構(gòu)件組成劃分可分為梁板式結(jié)構(gòu)和無(wú)梁式結(jié)構(gòu)兩種兩種類(lèi)型。

梁板式結(jié)構(gòu)是指由梁、板、柱三種基本構(gòu)件組成的骨架結(jié)構(gòu);無(wú)梁式結(jié)構(gòu)是指由板和柱子組成的骨架結(jié)構(gòu)。

(2)按框架的施工方法劃分可分為現(xiàn)澆整體式框架、裝配式框架、半現(xiàn)澆框架及裝配整體框架。

現(xiàn)澆整體式框架是指框架全部構(gòu)件均在現(xiàn)場(chǎng)澆注成整體,具有整體性和抗震性能好、構(gòu)件尺寸不受標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件限制的特點(diǎn)。裝配式框架是指框架全部構(gòu)件采用預(yù)制裝配,具有加快施工進(jìn)度、提供建筑工業(yè)化程度的特點(diǎn)。但是節(jié)點(diǎn)構(gòu)造剛性差,抗震性差。半現(xiàn)澆框架是指梁、柱現(xiàn)澆,樓板預(yù)制或現(xiàn)澆,預(yù)制梁板,具有梁柱整體性好、可節(jié)約模板的特點(diǎn)。裝配整體或框架是指預(yù)制梁、柱裝配時(shí)通過(guò)局部現(xiàn)澆混凝土使構(gòu)件連接成整體。結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性介于現(xiàn)澆和裝配式構(gòu)件之間,保證了節(jié)點(diǎn)的剛度,比現(xiàn)澆形式節(jié)省模板,能夠加快施工進(jìn)度,但也增加了后澆混凝土的工序。

(3)按材料組成區(qū)分可分為鋼框架和混凝土框架

鋼框架是指有鋼梁或鋼柱組成的能承受垂直和水平荷載的結(jié)構(gòu)?；炷量蚣苁侵赣苫炷翞闈h族要材料建造的工程結(jié)構(gòu),包括素混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)等。

2 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理

在建筑結(jié)構(gòu)中框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理主要包括兩個(gè)方面:一是建筑結(jié)構(gòu)的荷載,二是極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。

2.1 建筑結(jié)構(gòu)的荷載

荷載:施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力,稱(chēng)之為直接荷載;引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形,稱(chēng)之為間接荷載。荷載效應(yīng):由作用引起的結(jié)構(gòu)國(guó)構(gòu)件的反映。結(jié)構(gòu)抗力:結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受效應(yīng)的能力。

2.2 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

為了保證框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性、耐久性與實(shí)用性,必須對(duì)其極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算。同時(shí),這也是框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法。安全性:滿足特定的與建筑物功能相適應(yīng)的承載力極限狀態(tài);耐久性:保證結(jié)構(gòu)的承載力的持續(xù)時(shí)間與環(huán)境使用度;實(shí)用性:保證結(jié)構(gòu)在正常使用中時(shí)具有良好的工作性能。

3 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要原則

3.1 剛?cè)岵?jì)原則

框架結(jié)構(gòu)太過(guò)剛性,則制約了靈活性而影響了變形能力;框架結(jié)構(gòu)太過(guò)柔和,則不能保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,容易造成傾覆和滑移問(wèn)題?？梢?jiàn),一個(gè)合理的建筑物結(jié)構(gòu)應(yīng)該剛?cè)岵?jì),二者相輔相成。那么“鋼”和“柔”應(yīng)該到什么程度,二者最佳的結(jié)合狀態(tài)應(yīng)該如何掌握？成為困擾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者和專(zhuān)家們的主要問(wèn)題。盡管我國(guó)相關(guān)部門(mén)對(duì)此制定了一些規(guī)范要求,但是仍不能給出精確答案。所以,在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,設(shè)計(jì)者們應(yīng)該充分地勘測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,收集各種設(shè)計(jì)材料,結(jié)合自身多年來(lái)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),盡可能選擇一個(gè)合理的結(jié)合方式。

3.2 多道防線原則

無(wú)論任何建筑結(jié)構(gòu)的框架設(shè)計(jì)都需要具備完善的安全防護(hù)體系,尤其對(duì)于多層建筑和高層建筑來(lái)講。這些建筑物往往需要設(shè)置很多層的框架結(jié)構(gòu),更需要層層設(shè)防,做好安全防御功能。當(dāng)?shù)卣鸬绕茐男宰匀粸?zāi)害來(lái)臨時(shí),所有抵抗力結(jié)構(gòu)能夠通力合作,最大程度地減低損失。雖然框架結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點(diǎn),可還是存在一定的缺點(diǎn)。由于在框架結(jié)構(gòu)中,鋼筋和水泥用量較多、構(gòu)件總量多、工序多、接頭多等,一旦發(fā)生地震,很容易產(chǎn)生水平位移等破壞性影響。這些因素,決定了框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循多道設(shè)防的原則。

3.3 抓大放小原則

所謂的抓大放小,通俗說(shuō)就是取大舍小。在設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)的時(shí)候,分清楚梁和柱的主次地位,合理地設(shè)計(jì)梁和柱的強(qiáng)度。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)來(lái)講,事實(shí)上并不存在絕對(duì)安全的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),只是盡量保證建筑物結(jié)構(gòu)具有最大程度的安全體系。在框架結(jié)構(gòu)中,梁倒了,柱不一定倒,柱倒了,梁也會(huì)跟著倒。可見(jiàn),柱相對(duì)于梁而言,其強(qiáng)度較大。因此,設(shè)計(jì)者在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,可以有意地相對(duì)提高柱的強(qiáng)度,保證建筑結(jié)構(gòu)的抵抗外力能力。為什么不能將梁和柱都設(shè)計(jì)成一樣的強(qiáng)度呢？因?yàn)檫@樣的設(shè)計(jì),一旦遇到巨大破壞性災(zāi)害,梁和柱有可能一同倒塌,造成的損失是巨大的。例如,在地震發(fā)生的一瞬間,建筑物的梁和柱一起倒塌,人們逃生的時(shí)間就會(huì)相對(duì)減少;假如梁先倒了,而柱沒(méi)倒,就可以留給人們更多的逃生時(shí)間。因此,在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用“強(qiáng)柱弱梁”和“強(qiáng)剪弱彎”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.4 打通關(guān)節(jié)原則

在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,打通關(guān)節(jié)就是使力量在構(gòu)件與構(gòu)件的接觸位置能夠暢通無(wú)阻地運(yùn)行,形成理想中框架結(jié)構(gòu)體系,從而完成剛?cè)嵯酀?jì)、多道防線和抓大放小設(shè)計(jì)概念中的戰(zhàn)略思想。除此之外,打通關(guān)節(jié)還有另外一個(gè)目的,就是保持建筑結(jié)構(gòu)永遠(yuǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài),或相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法

在建筑結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)方法主要研究的是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中各種不確定性因素問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)安全可靠與經(jīng)濟(jì)適用之間的平衡。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法,就是能夠有效實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的設(shè)計(jì)方法。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法,是按結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到魔種預(yù)定功能要求的極限狀態(tài)為原則的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。分為半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。

功能函數(shù):Z=R-S=g(X1,X2,X3…Xn)

結(jié)構(gòu)分析:Z=R-S>0,表示結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài);

Z=R-S<0,表示結(jié)構(gòu)處于不可靠狀態(tài),結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)失敗;

Z=R-S=0,表示處于極限狀態(tài),因而,此方程式是極限狀態(tài)方程。

5 結(jié)語(yǔ)

在建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,框架結(jié)構(gòu)是保證建筑物結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定的重要設(shè)計(jì)內(nèi)容。在本文簡(jiǎn)單對(duì)其基本原理、重要原則和設(shè)計(jì)方法論述的基礎(chǔ)上,相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該更加重視以上內(nèi)容,提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。

參看文獻(xiàn)

[1] 吳曉祥.框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若干問(wèn)題探討[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2010(5).

[2] 范二安.框架結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)分析[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì),2010(24).