史慧

（大同市二院建筑設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，山西 大同 037001）

在建筑工程中，框架結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)勢(shì)，特別是在大面積的建筑物結(jié)構(gòu)中起到了很好的作用?？蚣苤械牧?、柱等構(gòu)件可以很好的進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，而且可以用組裝的方法來完成，從而大大縮短了建造周期。采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架，既能保證結(jié)構(gòu)的整體剛性，又能有效地進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。同時(shí)，可將梁、柱澆注成不同的形狀，以滿足不同的設(shè)計(jì)需求。

1 框架結(jié)構(gòu)的有關(guān)概述

1.1 架構(gòu)概念

在實(shí)際應(yīng)用中，由于其材料能夠大規(guī)模生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本，提高了工作效率，保證了工程使用的質(zhì)量，而且種類繁多，因此被廣泛地用于施工?？蚣芙Y(jié)構(gòu)是由梁和柱連接而成，它們共同構(gòu)成了結(jié)構(gòu)的承載結(jié)構(gòu)，能夠承受整體的垂直和橫向的壓力。在建筑物的中，墻體只起到圍護(hù)和隔離的作用，無法承擔(dān)荷載和應(yīng)力。如果采用新型節(jié)能材料，不僅可以減少建筑物的總重量，而且可以達(dá)到隔熱效果，而且可以節(jié)省能源和結(jié)構(gòu)。

1.2 構(gòu)架結(jié)構(gòu)的特征

在實(shí)際使用中，該結(jié)構(gòu)具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：①建筑材料消耗較小，既能減少建筑重量，又能節(jié)省建筑費(fèi)用，又能有效、靈活地劃分建筑空間；②框架的運(yùn)用可以靈活地協(xié)調(diào)和配合建筑的布局，在大型建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其優(yōu)越性更為突出；③采用框架結(jié)構(gòu)，可使梁、柱等結(jié)構(gòu)更易于規(guī)范化，整體組裝，從而大大縮短了施工工期，保證了工程的按時(shí)完成，保證了工程的質(zhì)量；④采用現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，既能滿足結(jié)構(gòu)整體剛度的要求，又能實(shí)現(xiàn)梁、柱截面形狀的多元化施工，更好地適應(yīng)了建筑結(jié)構(gòu)的多元化需求。

1.3 架構(gòu)結(jié)構(gòu)等原則

1.3.1 抓關(guān)鍵

從建筑的布局上來看，絕對(duì)的完美與安全是不可能的，所以必須要把握好最大的要素，同時(shí)也要舍棄一些小的缺陷，這樣保證結(jié)構(gòu)的安全性的同時(shí)，也要保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1.3.2 平衡結(jié)構(gòu)體系

在現(xiàn)代社會(huì)，大多數(shù)人都會(huì)覺得剛性和強(qiáng)度越高，就越安全，但實(shí)際上，建筑的結(jié)構(gòu)還是要遵循剛?cè)岵?jì)的基本原理，這樣才能保持結(jié)構(gòu)的平衡和穩(wěn)定性，太過剛硬容易折斷，太過脆弱也是不行的，設(shè)計(jì)者必須要在兩者之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)，才能保證整體的結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)的安全性。

1.3.3 降低結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)

所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要充分的考慮到結(jié)構(gòu)的安全隱患，在進(jìn)行安全評(píng)估的時(shí)候，要進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試，以保證結(jié)構(gòu)的安全承載力和安，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須要做到層層設(shè)防，層層抵御，多環(huán)節(jié)的配合，從而強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，這樣做的目的就是提高結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

1.3.4 確保結(jié)構(gòu)成為一個(gè)整體

為了保證結(jié)構(gòu)的安全性和承載力，必須要保證結(jié)構(gòu)的各個(gè)部件和側(cè)面的設(shè)計(jì)能夠完美的融合在一起，而不是因?yàn)槟承┎考男阅芎蛥?shù)被分割開來，否則的話，整體的性能將會(huì)受到很大的影響，所以設(shè)計(jì)師們必須要根據(jù)這種設(shè)計(jì)思路，克服各種困難和關(guān)鍵點(diǎn)，從而完善和完善整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[1]。

2 建筑框架結(jié)構(gòu)計(jì)算及分析

在過去的設(shè)計(jì)中，只要地基的高度不超過地基的影響，就可以根據(jù)地基的頂部和一層的頂部的高度來進(jìn)行計(jì)算。在這一階段，地基梁的設(shè)計(jì)只考慮上墻的承載力，結(jié)構(gòu)與常規(guī)梁基本相同。這種做法使得混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不符合標(biāo)準(zhǔn)。為了解決這個(gè)問題，可以從兩個(gè)方面著手改進(jìn)：1）按原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)進(jìn)行鋼筋、斷面的設(shè)計(jì)，但應(yīng)按立柱中心間距的1/12～1/18作為基準(zhǔn)。在計(jì)算拉力時(shí)，應(yīng)以與縱筋相連的立柱為參考，并按其最大軸力的10%進(jìn)行拉力計(jì)算。同時(shí)，為減小地基的變形和高程，設(shè)計(jì)者應(yīng)在±0.000以內(nèi)的位置設(shè)計(jì)一根基礎(chǔ)拉梁。在高層建筑中，以基礎(chǔ)拉梁頂面至地基頂面的高度為基準(zhǔn)；2）選擇結(jié)構(gòu)的計(jì)算參數(shù)：①選擇折減系數(shù)，由于填充墻的影響，結(jié)構(gòu)的剛度低于實(shí)際剛度，且實(shí)際周期小于設(shè)計(jì)周期。結(jié)果造成的地震影響較弱，使建筑物的安全性不高。所以，按填料的數(shù)目和材質(zhì)，采用0.7～0.9的折減參數(shù)；②梁剛度放大系數(shù)的選擇，采用計(jì)算軟件時(shí)，由于梁模型為矩形，未考慮因樓板而增加的剛度，導(dǎo)致計(jì)算值不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。中梁的放大系數(shù)為2.0左右，邊梁的放大系數(shù)為1.5左右。

3 混凝土框架在建筑物中的設(shè)計(jì)流程圖

3.1 合理斷面尺寸的選取

在混凝土框架結(jié)構(gòu)中，合理地選取截面尺寸是其先決條件。為了保證梁端具有足夠的塑性，在不彈力的條件下，柱端應(yīng)該具有很好的抗震性能，并且各節(jié)點(diǎn)具有良好的彈性。所以，在進(jìn)行梁、柱截面尺寸的選取時(shí)，不僅要保證梁、柱截面尺寸符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，還要保證梁、柱的剛度比在1以下，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱、弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的截面設(shè)計(jì)。

3.2 梁與柱的合理控制梁柱的配筋比例

梁與柱的配筋設(shè)計(jì)要注意適度，保證《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的最大配筋率和最小配筋率。此外，梁、柱的配筋率不僅與結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)密切相關(guān)，還與其軸向和鋼筋的抗拉強(qiáng)度比有關(guān)，因此，應(yīng)根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，合理地確定梁、柱的配筋比例。

4 框架結(jié)構(gòu)在建筑設(shè)計(jì)中存在的問題及處理

4.1 基礎(chǔ)梁設(shè)置問題

在架設(shè)基礎(chǔ)梁時(shí)，梁的埋設(shè)是一個(gè)非常重要的問題。在工程實(shí)踐中，如果埋得太深，就按單層框架梁的標(biāo)準(zhǔn)來做，埋地部分采用短柱法。為保證建筑物的抗震能力，一般應(yīng)沿兩個(gè)軸線的方向布置基礎(chǔ)梁。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)適當(dāng)增大梁的截面，因?yàn)樗惺軜翘葜吞畛鋲Φ妮d荷。

4.2 框架結(jié)構(gòu)薄弱層的設(shè)計(jì)

在具體的設(shè)計(jì)中，由于軟弱層的存在，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的減震性能下降，可以采用提高框架結(jié)構(gòu)的軟弱層抗側(cè)移剛度、根據(jù)特殊情況變更軟弱層高度、減小地基的埋深等措施來解決。因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免軟弱層的產(chǎn)生。在不能避免的情況下，應(yīng)根據(jù)相關(guān)法規(guī)及時(shí)采取有效的補(bǔ)救措施。

一般有三種方法來判定薄弱層：①由設(shè)計(jì)者指定。設(shè)計(jì)師根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，參考有關(guān)的技術(shù)規(guī)范，在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了直接的規(guī)定；②根據(jù)自己的計(jì)算和判斷。運(yùn)用相關(guān)的軟件，結(jié)合現(xiàn)行法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)做出相應(yīng)的調(diào)整；③強(qiáng)制鑒定。如果框架結(jié)構(gòu)豎向受力構(gòu)件的布置不協(xié)調(diào)，或不滿足規(guī)范要求，則強(qiáng)制將其視為薄弱層[2]。

4.3 縱向框架設(shè)計(jì)問題

從抗震性能的角度出發(fā)，在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分考慮到其重要性，并將其視為與橫梁的設(shè)計(jì)同等重要。但在許多工程實(shí)踐中，多數(shù)設(shè)計(jì)者僅僅是對(duì)縱向常見的連續(xù)梁進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，對(duì)于梁的承載力、跨中筋等配筋的布置設(shè)計(jì)存在著明顯的缺陷，使其抗震性能大為下降。為了有效地改善結(jié)構(gòu)的抗震性能，必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分考慮到縱向框架的設(shè)計(jì)，使其在整體上得到有效的提高。

4.4 短柱問題

在柱凈高與柱截面高度之比大于或等于4、或剪跨比值小于或等于2的情況下，會(huì)產(chǎn)生短柱問題。造成短柱問題的原因有兩個(gè)：一是由于兩根框架梁間的框柱凈高偏低，二是由于填充墻的布置不合理。因此，解決短樁問題的辦法是采用鋼板外包、采用復(fù)合鋼筋等措施來改善其變形，并提高其抗剪承載力。

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

5.1 柱結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

1）柱截面尺寸，當(dāng)剪力對(duì)柱子有很大的影響時(shí)，會(huì)引起剪力的破壞；為了保證柱的伸長(zhǎng)，必須保證柱的橫截面符合有關(guān)的規(guī)定，一般按300mm*300mm的柱長(zhǎng)和寬；應(yīng)設(shè)計(jì)出大于2的剪跨比，若能保證剪壓比，則可獲得理想的伸長(zhǎng)率，因此，應(yīng)考慮3N/mm2以下的柱末端橫斷面的平均剪切應(yīng)力[3]。

2）立柱縱向鋼筋的配筋，配筋應(yīng)為對(duì)稱式，為了進(jìn)一步提高其延性，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行配筋比例的確定；并按照有關(guān)規(guī)定，合理地進(jìn)行鋼筋的連接；在鋼筋的縱向連接部位，要對(duì)箍筋進(jìn)行適當(dāng)?shù)募用?，防止縱向鋼筋發(fā)生彎曲，從而降低構(gòu)件的強(qiáng)度。

3）柱的箍筋，在連續(xù)的地震力作用下，往往會(huì)造成柱端鋼筋的混凝土層開裂，如果箍筋的數(shù)量不夠，無法滿足一定的約束，就會(huì)引起鋼筋的膨脹，從而破壞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，因此，需要按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行合理的箍筋設(shè)計(jì)。

5.2 梁柱中心線設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)體系中，梁、柱的中心線是整個(gè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因此，設(shè)計(jì)者應(yīng)充分關(guān)注這一問題。首先要保證框架梁和柱子的中心線與現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)范所要求的一致，也就是說，在中心線發(fā)生偏差時(shí)，應(yīng)考慮梁柱節(jié)點(diǎn)的內(nèi)應(yīng)力和結(jié)構(gòu)。如果偏心度太大，也就是超出了這一方向的1/4，可以采用橫向加腋等方法。加腋后的梁在計(jì)算剪壓比和受彎承載能力時(shí)，應(yīng)忽視加腋部分的有利作用，避免造成計(jì)算誤差。

5.3 房屋構(gòu)架中板設(shè)計(jì)

從實(shí)際情況來看，在施工過程中，板料是施工中最易發(fā)生問題的地方，因此，為了確保工程的質(zhì)量和安全，必須對(duì)其進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。首先，在實(shí)際中，可以選擇10cm、12cm、14cm、15cm、16cm、18cm，鋼筋的間距可以增加，但不能超過20cm。在此基礎(chǔ)上，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇與板下的鋼筋間距一致。其次，雖然在設(shè)計(jì)中，每一種鋼筋都可以按照不同的位置來選擇，但也要防止鋼筋太大。如果因設(shè)計(jì)要求而導(dǎo)致板上筋較大，那么在選用板時(shí)，一定要注意其跨度也要相應(yīng)地增大。

5.4 節(jié)點(diǎn)箍筋控制

在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)范的要求，對(duì)各構(gòu)件的箍筋比例進(jìn)行合理的調(diào)整，以防止出現(xiàn)不必要的問題。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)確保柱箍筋的加密區(qū)不大于柱凈高的1/3。

5.5 優(yōu)化計(jì)算參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，在計(jì)算框架結(jié)構(gòu)的有關(guān)參數(shù)時(shí)，要充分考慮其所處的震區(qū)劃分，以保證基礎(chǔ)地震加速度的合理、切實(shí)可行，進(jìn)而改善整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能。如果框架中有填充墻，則會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度超出理論分析值，從而降低了計(jì)算的地震影響，增加了框架結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性。為了防止這種情況，設(shè)計(jì)者要根據(jù)墻體的特性，對(duì)其進(jìn)行合理的周期折減系數(shù)，其取值范圍為0.7～0.9。在結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮最不利位置的變化荷載，從而避免了計(jì)算結(jié)果的巨大誤差。在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算時(shí)，需要考慮到梁的剛度放大系數(shù)，為了保證結(jié)構(gòu)的安全，應(yīng)該適當(dāng)?shù)剡x取中梁[4]。

5.6 剪力墻底部加強(qiáng)設(shè)計(jì)

由于剪力墻底板的存在直接關(guān)系到整個(gè)工程的抗震能力，因此在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起到了很大的作用。因此，需要在剪力墻的基礎(chǔ)上進(jìn)行加固，通常是剪力墻的1/8，如果剪力墻受到的剪力比較大，則超過150 m，這時(shí)應(yīng)采取1/10的剪力墻進(jìn)行加固。同一時(shí)間。在鋼筋混凝土柱的連接部位，是一種非常重要的抗震構(gòu)件，其基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)是否合理直接影響到其結(jié)構(gòu)的受力和抗震性能。首先，把剪力墻的邊角磨平，用清水沖洗干凈，然后對(duì)單根立柱進(jìn)行加強(qiáng)。其次，進(jìn)行支撐，加強(qiáng)立柱的基坑，一般在地面約40 cm處，然后把鉆孔沖洗干凈，然后把它頂進(jìn)去。最后，在混凝土中加入堅(jiān)硬的石頭，進(jìn)行加固。

5.7 裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1）對(duì)框架結(jié)構(gòu)中支管的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在實(shí)際施工中，由于安裝式混凝土框架結(jié)構(gòu)中，支管插入的角度和高度都會(huì)因施工的不同而不同，所以對(duì)模板的選擇也相對(duì)較高。在施工中，各種不同的施工工藝參數(shù)和不同的計(jì)算方法都不一樣，其計(jì)算結(jié)果也會(huì)有所不同，所以在施工中，要在保證工程質(zhì)量的前提下，不斷地簡(jiǎn)化各種模塊的設(shè)計(jì)，拓寬各種模塊的使用范圍，減小設(shè)計(jì)變量，提高其使用價(jià)值，降低其設(shè)計(jì)變動(dòng)，達(dá)到節(jié)約能源，節(jié)約能源的目的。

2）對(duì)混凝土框架結(jié)構(gòu)的檢測(cè)井進(jìn)行了優(yōu)化，在傳統(tǒng)的建筑施工中，由于涉及到各種不同的構(gòu)件，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到檢測(cè)井的設(shè)計(jì)和安裝位置，必須保證常規(guī)的磚砌檢測(cè)井的使用和使用效果，但在實(shí)踐中，施工方法比較復(fù)雜。目前，施工中普遍采用的方法是根據(jù)施工實(shí)際，不斷地調(diào)整施工方案，充分考慮到砌磚井和預(yù)制井的實(shí)際作用，減小施工中混凝土模塊的調(diào)整和變化，同時(shí)保證施工質(zhì)量，同時(shí)盡量減少在預(yù)制井施工中使用的模具，提高施工的整體工作效率。

5.8 避免過多的短柱

由于短柱自身的抗震能力不強(qiáng)，如果發(fā)生在框架結(jié)構(gòu)中，很可能會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定與安全。這里要特別強(qiáng)調(diào)的是，在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于平臺(tái)梁的存在，會(huì)造成短柱的產(chǎn)生，因此，必須嚴(yán)格按照現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其進(jìn)行加固，提高其抗震能力，可以采用復(fù)合螺旋箍筋、分體柱、鋼筋混凝土柱和鋼管混凝土柱。同時(shí)，若一層全部框架柱都是短柱，并且柱間剛度比較均勻，則可確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，無需特別處理[5]。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建設(shè)事業(yè)得到了快速發(fā)展，市場(chǎng)需求也越來越大。因此，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的探討，以達(dá)到更好地適應(yīng)建筑市場(chǎng)的需要，從而達(dá)到更好的效果。通過對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的分析，可以使建筑質(zhì)量得到改善，抗壓強(qiáng)度和穩(wěn)定性能得到改善，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)建筑業(yè)的健康發(fā)展。