安海龍

摘要：框架結構在建筑物中擔任著重要的角色，不僅是建筑物受力的主要結構，也是提高建筑物各項性能的重要結構。本文將從以下幾個方面來詳細的分析建筑設計中框架結構設計的重點環(huán)節(jié)和需要重點關注的一些要素，以期提高建筑框架結構設計的質量。

關鍵詞：建筑；框架結構；設計要素

一、前言

在建筑框架結構設計中，如果設計人員不重視提高框架結構的設計質量，不遵循框架結構設計的原理，就容易導致后期使用出現(xiàn)各種問題，降低建筑物的各項性能。所以，必須在設計過程中重視框架結構的設計工作。

二、框架結構設計的基本原理

在建筑結構中框架結構設計的基本原理主要包括兩個方面：一是建筑結構的荷載，二是極限狀態(tài)設計法。

1.建筑結構的荷載

荷載：施加在結構上的集中力或分布力，稱之為直接荷載；引起結構外加變形或約束變形，稱之為間接荷載。荷載效應：由作用引起的結構構件的反映。結構抗力：結構或結構構件承受效應的能力。

2.極限狀態(tài)設計法

為了保證框架結構設計的安全性、耐久性與實用性，必須對其極限狀態(tài)進行驗算。同時，這也是框架結構設計的方法。安全性：滿足特定的與建筑物功能相適應的承載力極限狀態(tài)；耐久性：保證結構的承載力的持續(xù)時間與環(huán)境使用度；實用性：保證結構在正常使用中時具有良好的工作性能。

三、框架結構的構造理論

1.梁

首先要按照構造要求選擇梁高；按混凝土結構規(guī)范GB20010-2010設計協(xié)調扭轉構件，計算內應力要考慮抗扭剛度下降和構件開裂所產生的內應力重新分布問題。分析并確定抗扭縱筋和箍筋，滿足混凝土規(guī)范規(guī)定的最小配筋要求；建筑工程框架結構應選用雙向梁柱剛接體系，部分框架的橫梁也可以搭在另外的框架上；梁或過梁的截面較大時，要計算最小配筋率；采用井字梁時，如果梁的自重大于板自重，那么梁自重不可忽略。

2.柱

框架結構柱的高寬比一般可取1/10～1/15；柱子的軸壓比要滿足規(guī)范要求；在柱長度系數的確定過程中，要有效控制誤差；若柱梁剛度比過大或過小，則不安全；若柱間跨度不等、豎向載荷分配不均則誤差較大；框剪結構中由于層間位移不同，可能導致較大誤差；框架結構的梁、柱所用的混凝土應相差一個等級。

3.基礎

按照《抗震規(guī)范》設計基礎，對于鋼筋混凝土多層框架結構房屋可以建立柱下獨立基礎模式，不存在軟弱粘性土層的建筑在不超過25米的情況可以不用進行地基的抗震承載力驗算。當地基埋深較深時，應在適當位置建造基礎梁來降低底層柱的長度和位移；當地基埋深較淺時，要在兩個主軸方向建立拉梁來避免地基不穩(wěn)固和柱子載荷分布不均造成安全性的降低。對于有防空洞或枯井的建筑，地基可用厚板將洞和井跨過。獨立的樁基承臺要對底部的鋼筋的保護層厚度進行嚴格要求。

4.板鋼筋

單向樓板厚度為短邊的1/35，雙向板厚度為短邊的1/40，懸臂板厚度為懸臂長的1/12。鋼筋要優(yōu)先選擇三級鋼筋，這樣既可以方便施工又可以節(jié)約造價，安全性也高。跨度在2米以下的板上部和頂層及考慮抗裂時板上的鋼筋可以不斷開。

四、工程概況

某單位工程是五層的框架結構，設防了六度抗震，并具備框架四級的抗震等級和二級的耐火等級，該單位工程處某小區(qū)旁，建筑面積擁有1718m2，其總長是27.84m，總寬度是16.44m，總占地面積是457.69m2。

施工條件：該建筑工程還不是該市一級企業(yè)。但具備完善技術裝備，施工器具也可以按照需求選擇，施工所需勞動力可用民工解決，單位可提供技術人員。

五、工程中框架結構設計

建筑工程中框架結構設計是在總體規(guī)劃基礎上按照任務書要求全方位考慮建筑藝術、建筑經濟、材料設備、結構施工、使用功能和基地環(huán)境等問題，從而設計出既具藝術性、又具科學性的生活和生產環(huán)境。

本工程結構設計特點是：設防六度抗震，并要具備框架四級的抗震等級和二級的耐火等級，結構構件其主筋保護層的厚度是框架為30mm，板是20mm，基礎是40mm。構造柱混凝土等級是C20，其余的構件混凝土全部為C25等級，框架梁柱其縱向鋼筋錨固的長度是40d，搭接長度是30d，分框架梁低的縱筋錨固的長度是25d。砌磚用M5混合砂漿，砌體采取Mu10燒結磚。下面就框架結構設計作主要闡述。

1.框架柱設計

框架柱設計要符合以下要求：

（一）設計柱網要符合建筑功能要求，對于旅館和住宅等建筑，設計柱網時要和建筑隔墻相適應，通常情況下，為盡量降低柱網對建筑其使用功能作用，一般柱子設計在縱橫墻的交叉點上；

（二）設計柱網時要滿足合理結構受力、明確傳力體系、間距要適中、整齊、規(guī)則等要求，框架結構承受豎向的載力時還需承載水平力，同時只能承受來自自身平面水平力，所以設置框架時應處在建筑物兩個主軸的方向。另外，柱網尺寸還承受梁跨度約束，梁跨度一般為6到9米；

（三）設計柱網時要確保便利性，在設計結構時要充分考慮到施工便利性，盡量降低項目造價，提高施工速度。另外設計時還需考慮構件尺寸標準化和模數化，縮減構件規(guī)格，設計柱網要使板、梁規(guī)則、簡單。

2.梁格設計

梁格設計按照樓面不同豎向負荷傳送路線可以分為：縱向結構承重、橫向結構承重和縱橫向結構承重三種。

（一）縱向結構承重方案主要設計是在橫向設計好連系梁，在縱向設計好結構承重梁。縱向結構承重方案缺點建筑橫向的抗側剛度比較弱，一般在建筑進深較小且是大開間柱網的情況下使用，該方案由于受力不好，在設計中很少使用；

（二）橫向結構承重方案是在縱向設計好連系梁，在橫向設計好結構承重梁。橫向結構的主框架梁是沿著橫向設計并處于建筑短向，擁有較少跨數，當加大梁截面時將有利于建筑物橫向抗側其剛度的提高，對于縱向由于擁有較多跨數，因此剛度也大，所以該種設計會使橫向和縱向兩方向剛度逐步接近，結構受力也更加合理，所以建筑框架設計時應優(yōu)先考慮該設計方案；

（三）縱橫向結構承重方案是指在橫向和豎向都設計結構承重梁用來承受樓面的載力，該種設計方案具備整體性能好優(yōu)勢，框架柱都是雙向偏心的受壓構件、是空空受力系統(tǒng)，也被稱作空間框架結構并被廣泛采用。

3.框架結構的選擇高度設計

據調查大量震害及項目設計經驗得出為滿足既經濟實惠又安全可靠要求，高層和多層由鋼筋混凝土構成的建筑其高度不可過高。當處在水平負荷壓力下時，框架彎矩和變形程度在很大程度上與框架層數相關，隨著框架層數的增多，水平位移距離也越大，與此同時，框架內力也跟著在快速增長，當層數達到某一數值時，豎向負荷產生內力將遠遠小于由水平負荷產生內力，此時豎向負荷將對設計失去控制作用，水平負荷將對設計起到控制作用，建筑中框架結構優(yōu)越性將被掩蓋。從強度角度上看，建筑高度和層數的不斷增加，雖然豎向負荷及水平負荷產生內力都在相應增加，但是水平負荷產生內力增加速度卻更快，所以當建筑程度到達某一數值時，框架內會產生相當大的內力。從剛度角度上看，當建筑高度不斷增加后，寬高比就不斷縮減，水平負荷作用下，建筑框架結構就具備較大柔性，建筑層間水平位移成為了主要控制元素。所以，在建筑層數相對較高時，為負荷剛度和強度要求，就必須增加框架下方幾層柱、梁截面尺寸，但是也務必會帶來不經濟與不合理。

4.框架結構的抗震級數設計

在相同地震強度下，對于不同類型結構鋼筋混凝土建筑都有著不同抗震要求。在建筑抗震的設計規(guī)范中明確指出建筑抗震級數設計是按照建筑高度、建筑結構類型和抗震設防烈度將框架抗震墻和框架結構劃分成四個等級抗震等級，同時還要求不同抗震級數結構要滿足相應的結構措施和結構計算要求。

六、結束語

綜上所述，在建筑框架結構的設計過程中，既要明確框架結構設計的一些基本的原則，又要掌握框架結構設計的基本原理和設計理論。在具體工程的框架結構設計中，更是要圍繞工程的實際情況來展開設計。

參考文獻：

[1]吳曉祥.框架結構設計若干問題探討[J].中國新技術新產品，2010（5）.11.

[2]徐秀麗.混凝土框架結構設計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.36.