馮時(shí)宇，任建紅

（青島工學(xué)院 建筑工程學(xué)院，山東 青島 266300）

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以提高建筑結(jié)構(gòu)的空間利用率，保證整體布置的科學(xué)性和合理性，使建筑整體的功能滿足使用者的需要。在建筑工程中，框架結(jié)構(gòu)是一種承載構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)形式是梁與柱的剛性聯(lián)結(jié)，梁與柱能夠承載水平荷載和縱向荷載，是結(jié)構(gòu)體系中的一個(gè)主要構(gòu)件?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的重量更輕，材料更少，空間布局可以達(dá)到靈活的要求，同時(shí)也保證了人們的個(gè)性化需求[1]。隨著我國建筑業(yè)的迅速發(fā)展，對建筑的性能、安全的要求也越來越高，框架結(jié)構(gòu)已成為目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，它也為建筑節(jié)能等諸多問題的研究開辟了一條嶄新的道路。

1 建筑設(shè)計(jì)

1.1 建筑平面設(shè)計(jì)

建筑平面是指在建筑物內(nèi)各個(gè)水平方向上，各個(gè)構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。同時(shí)，也反映了各個(gè)建筑空間和它們周圍的垂直構(gòu)件的聯(lián)系。所以，在整體建筑設(shè)計(jì)中，必須對其平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，而其平面設(shè)計(jì)中又涉及使用部門與交通部門。首先要明確柱間距，并按照各房的設(shè)計(jì)要求，通過外墻間隔、地板跨等因素來決定。然后，將建筑平面加以整合。在交通規(guī)劃設(shè)計(jì)上，根據(jù)建筑消防安全的需要，在建筑中部設(shè)置兩級樓梯。

1.2 建筑立面設(shè)計(jì)

采用符合其功能需求的外在形態(tài)，并運(yùn)用恰當(dāng)?shù)慕ㄖ囆g(shù)手法，以突出其個(gè)性特點(diǎn)，從而使其更加鮮明、突出。建筑外觀設(shè)計(jì)是一種建筑的外觀造型的表現(xiàn)方式。在平面上，沿著水平方向上的各種尺寸和剖面的垂直尺度，畫出4個(gè)不同方向的建筑物立面，并調(diào)整、統(tǒng)一、加工平面，使之成為一個(gè)美觀的整體。在立面設(shè)計(jì)中，通常先確定建筑內(nèi)部空間的平面與剖面的關(guān)系，畫出各種立面的基本輪廓，進(jìn)而對整個(gè)立面進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮各部分的整體比例，兼顧各立面的一致性，并注意相鄰立面的連接和協(xié)調(diào)；其次，著重于建筑外墻的改造；在此基礎(chǔ)上，著重對入口門廊、建筑裝飾等進(jìn)行細(xì)致的設(shè)計(jì)。

1）功能需求不同的建筑，其內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的組合特征也各不相同，因此，其外部形象也要與之對應(yīng)。

2）建筑的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)和外部形體的構(gòu)造必須以某種形式和技術(shù)的方式來完成，因此，建筑立面的設(shè)計(jì)必須與所使用的材料、結(jié)構(gòu)和施工工藝相適應(yīng)。

3）立面的設(shè)計(jì)應(yīng)符合建筑形態(tài)與立面結(jié)構(gòu)的規(guī)律性，如比例尺度、完整均衡、變化統(tǒng)一等。

4）按照建筑物的用途、面積，嚴(yán)格按照國家有關(guān)建筑規(guī)范和相關(guān)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以最小的投入，建造簡潔明快、樸素大方的建筑物，同時(shí)又能達(dá)到一定的使用條件。

1.3 建筑剖面設(shè)計(jì)

建筑剖面設(shè)計(jì)通常是依據(jù)建筑的功能性、規(guī)模性和周圍的環(huán)境條件來決定建筑的豎向布置、層數(shù)、高度及豎向的空間分布和使用情況，以及建筑剖面中的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造關(guān)系[2]。建筑截面的外形與建筑的功能需求密切相關(guān)，住宅、宿舍、旅館和辦公樓等建筑的截面形狀以矩形為主。剖面設(shè)計(jì)以平面設(shè)計(jì)為依據(jù)。在剖面設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)一步確定建筑的空間組成，同時(shí)，還對建筑的平面進(jìn)行了進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，以達(dá)到合理的空間布局。在進(jìn)行截面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先確定層高，同時(shí)考慮到建筑物的縱向交通連接部位，例如：樓梯的形式、臺階和踏步等的高度、電梯的布置及數(shù)目等。

1.4 裝飾

外墻是建筑外觀的重要組成部分，其對建筑的視覺效果有很大的影響。所以，外墻的裝修一般要根據(jù)建筑自身的使用需求和周邊環(huán)境來選擇，一般采用耐老化、耐光照、耐風(fēng)化、防水、防腐和抗空氣污染的外墻面飾。

1.5 抗震設(shè)計(jì)

在抗震設(shè)防等級、烈度、結(jié)構(gòu)類型和建筑高度等方面，需要采取不同的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)其抗震目的[3]。以抗震設(shè)防的強(qiáng)度作為地震設(shè)防依據(jù)。通常，抗震設(shè)防的基礎(chǔ)是抗震設(shè)防的強(qiáng)度。防震設(shè)施的強(qiáng)度根據(jù)政府批準(zhǔn)或公布的區(qū)域防震設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)的文件確定?？拐鹪O(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)原理重中之重，其工作原理受地質(zhì)環(huán)境條件的影響很大。地震工作原理與地質(zhì)、環(huán)境等因素密切相關(guān)。在建筑施工中，由于混凝土柱的受力比較大，尤其是在某些壓力作用下，難以形成恒定性和延性，從而產(chǎn)生實(shí)際的變形。為保證承壓構(gòu)件的可塑性，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采取“強(qiáng)極弱”的設(shè)計(jì)策略[4]。另外，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量合理確定轉(zhuǎn)彎區(qū)域的高度與頂梁和底梁的比值，并通過調(diào)整不同內(nèi)力的密切程度，從而達(dá)到改善混凝土的效果。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 框架結(jié)構(gòu)布置

框架結(jié)構(gòu)的平面布局是指在結(jié)構(gòu)平面圖中確定柱子的位置和承載力的方法?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的柱-網(wǎng)布局要考慮到建筑物的功能需求，考慮到力的合理性，便于施工和經(jīng)濟(jì)上的合理性。在不一致的情況下，梁柱核心部位的受力和結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生不良的影響，梁柱的偏心距離不能超過柱寬度的1/4。對于具有復(fù)雜平面形態(tài)的抗震裂縫，宜將其分為規(guī)則簡單的單元，伸縮縫、沉降縫等均滿足抗震設(shè)計(jì)的要求[5]。

在垂直方向上，框架結(jié)構(gòu)的垂直布置要盡量做到均一、盡量減少變動，這樣才能保證結(jié)構(gòu)的剛性在垂直方向上保持一致。在垂直方向有不同要求的情況下，應(yīng)盡可能地保證其變化的均勻性，以防止因豎向剛度的突變而引起的應(yīng)力集中。在抗震設(shè)計(jì)中，梁、柱應(yīng)盡量保證結(jié)構(gòu)的整體高度，而不應(yīng)采用抽柱、抽梁等措施，以改變傳遞路徑；不能在同一樓層內(nèi)改變柱的橫斷面；在同一結(jié)構(gòu)單元時(shí)，要注意由錯(cuò)層引起的短柱；屋頂部分伸出的塔樓不應(yīng)位于房屋的最后面。在水平方向上，框架結(jié)構(gòu)的平面柱網(wǎng)應(yīng)具有同樣的尺寸，當(dāng)柱子截面發(fā)生改變時(shí)，應(yīng)盡量保持其軸線不變，或者只有極小的偏心。在框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，不能采用局部砌塊墻體的混合結(jié)構(gòu)。框架結(jié)構(gòu)的填充墻及隔斷應(yīng)選擇輕型墻體，如采用砌塊填充墻，應(yīng)遵循下列原則：避免引起上部、下部剛性的過度改變；減少因橫向剛度偏移而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)。

2.2 框架內(nèi)力計(jì)算分析

目前，人們在計(jì)算建筑框架結(jié)構(gòu)時(shí)，通常使用PKPM、CAD等計(jì)算機(jī)軟件。在豎向荷載影響下，不考慮對結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移的影響，采用了分層法和二次分配法。在水平荷載下，常使用人工計(jì)算，一般使用D值法計(jì)算。分層法是以每一級的下梁上柱作為基礎(chǔ)的計(jì)算單位，末端部均按固端來計(jì)價(jià)。首先，估算了梁端在豎直載荷作用下的最大梁端的固端彎矩，各單位中的一次最大彎矩僅在該單位中進(jìn)行，而上下單元之間是沒有發(fā)生位移的。在彎矩分布完畢后，將梁的平衡彎矩視為梁端的彎矩，并根據(jù)相鄰單元的彎矩和進(jìn)行計(jì)算[6]。

彎矩二次分布方法假設(shè)，在節(jié)點(diǎn)上的非平衡彎矩僅對節(jié)點(diǎn)上的各個(gè)桿的末端產(chǎn)生作用，而對剩余的部分則沒有影響。然后，通過對各個(gè)節(jié)點(diǎn)的不均衡彎矩進(jìn)行初次分配，將其傳遞到遠(yuǎn)端（傳遞系數(shù)為1/2），然后通過傳遞彎矩引起的新的不平衡彎矩進(jìn)行二次分布，以達(dá)到均衡的目的。通過對每根柱端彎矩、分配彎矩和傳遞彎矩進(jìn)行分析，得到了各桿端彎矩、分配彎矩和傳遞彎矩的大小。

框架柱的抗推剛度及側(cè)移剛度被稱為D值，通常是在水平方向上，要對其進(jìn)行水平方向的位移。假定樓板在其平面上的剛度為無窮大，所以，在不考慮扭轉(zhuǎn)作用的情況下，同一樓層內(nèi)各柱的水平位移基本相同，即各樓層所受到的側(cè)向力與各樓層的D值呈正比關(guān)系。各層間的總剪應(yīng)力V按D值的比例分布于各柱，由此得出各柱所受的剪力。在確定了柱剪應(yīng)力后，再按平衡條件求出其他的內(nèi)力。

2.3 框架梁截面確定

確定框架梁的截面大小有很多因素，其中可以通過荷載的大小，抗震設(shè)防等級與區(qū)間跨度來確定梁的大小。梁的截面高度h通常按照（1/10～1/18）l確定，l為主梁的計(jì)算跨度；但梁凈跨與截面高度之比不宜小于4；框架梁的截面寬度b應(yīng)小于200 mm，且h/b不宜超過4。在考慮到結(jié)構(gòu)抗震時(shí)，梁的跨高比的比例不宜低于5，梁在水平地震作用下，通?？绺叨急容^小，很容易出現(xiàn)剪切破壞，從而使梁的延性下降。因此應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行其承載力校核，并按收到剪切截面的要求進(jìn)行梁截面的設(shè)計(jì)。

在設(shè)計(jì)中軸壓比很重要，對于結(jié)構(gòu)柱的破壞與變形有較大的影響。軸壓比不同時(shí)，框架柱會有2種破壞形式，其中一種是大偏心受壓，另一種是受拉鋼筋不屈服的小偏心受壓。

2.4 框架柱截面確定

框架結(jié)構(gòu)由于具有優(yōu)良的力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性，在工程建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。為了適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)的需要，通常采用不同的設(shè)計(jì)方案。比如，一般住宅的層高為2.8 m，辦公大樓或購物中心的層高可以達(dá)到4~5 m，廠房類建筑物的層高都在5 m以上，所以柱高的分布廣泛。此外，由于承載能力要求的不同，其截面尺寸也不盡相同。由于其斷面大小、高度的不同，其破壞特點(diǎn)也不盡相同，其破壞特點(diǎn)大致可歸納為：①短柱剪切破壞（長細(xì)比小于17.5）；②水平地震下中長柱的彎曲斷裂（長細(xì)比為17.5~70）；③細(xì)長柱失穩(wěn)破壞（長細(xì)比大于70）。在實(shí)際工程中，以中長柱為主，以最大限度地發(fā)揮其抗震性能。

柱身截面尺寸的取值主要是由構(gòu)件的變形和軸壓比來決定的，當(dāng)鋼筋太大，無法滿足工程的要求時(shí)，則應(yīng)增加大柱子的截面。在大跨度框架結(jié)構(gòu)中，框架梁通常較高，而框架柱相對較小，在這種情況下，由于框架柱的剛度較低，在地震中先發(fā)生破壞。因此，不管結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否通過，都要使框架柱變得更大，并且框架柱的短邊必須比框架梁高。當(dāng)然，地下車庫的布局，就不需要考慮了。

在框架結(jié)構(gòu)中，由于受剪力過大，導(dǎo)致其產(chǎn)生的脆性剪切斷裂，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的斷裂。因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證節(jié)點(diǎn)的核心部位具有足夠的彈性和強(qiáng)度，不會發(fā)生框架核心比框架梁、框架柱先屈服的情況。

2.5 模板工程施工技術(shù)

在完成墊層施工后，施工方應(yīng)按照特定的軸線水平進(jìn)行實(shí)際測量，確保平面尺的基礎(chǔ)性。另外，也要進(jìn)行一次嚴(yán)格的檢查。用涂料、粉筆等做適當(dāng)?shù)臉?biāo)記，并在每個(gè)暗柱的拐角處做標(biāo)志，這樣可以逐步減小模板施工中的偏差。同時(shí)，一層要進(jìn)行回填，對地基進(jìn)行加固，避免雨水的浸漬。在這種條件下，地基模板的安裝將更加的安全和穩(wěn)定。模板強(qiáng)度越大，其承載能力也就越大。因此，在建設(shè)項(xiàng)目的框架結(jié)構(gòu)施工中，必須重視地基模板的安裝和保證。

當(dāng)進(jìn)行建筑工程的框架結(jié)構(gòu)施工時(shí)，應(yīng)著重考慮立桿的支承作用。在制定專項(xiàng)施工計(jì)劃時(shí)，組織專家論證并按照計(jì)劃進(jìn)行。在實(shí)際使用中，建筑單位應(yīng)將立桿水平垂直，并在上部模板上進(jìn)行支架安裝。這樣可以提高支撐能力，確保主體結(jié)構(gòu)承載力更大。如果支撐桿不能承受上面的壓力，就會發(fā)生變形等問題。這就造成了施工項(xiàng)目的效率低下，并且，如果上下模板在同一水平面上，對整個(gè)施工的結(jié)構(gòu)也有一定的影響。因此，在建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)中，必須重視相應(yīng)的工作程序，確保每個(gè)工序都能高效完成。只有如此，才能提高施工的質(zhì)量，提高施工的效率。

一般來講，在建筑工程的框架結(jié)構(gòu)中，模板的拆除是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。在拆模板時(shí)要嚴(yán)格遵守施工規(guī)程。通常，在拆模板時(shí)，應(yīng)首先拆掉支立模板，然后再拆掉預(yù)支的模板。拆掉承重的模板后，還應(yīng)移除承載力較大的模版。最后，進(jìn)行全面的拆除。此外，在完成了模板的拆除工作后，建筑公司還要對被拆除的模板進(jìn)行有效的分類、管理，并將其運(yùn)送到安全的地方，妥善地保存起來，避免發(fā)生人身傷害等負(fù)面后果。

3 混凝土工程技術(shù)

3.1 混凝土原材料的有效選擇

建筑工程的框架結(jié)構(gòu)施工是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。因此，在其施工過程中，混凝土等施工材料的選取是非常關(guān)鍵的[7]。施工單位要重視混凝土的具體材料，確保其施工材料的質(zhì)量，使其達(dá)到最佳效果。因此，在進(jìn)行混凝土原料的選取時(shí)，必須從建筑的實(shí)際需要出發(fā)，并以其最終目的為出發(fā)點(diǎn)，對鋼筋混凝土模板自身的質(zhì)量進(jìn)行研究。從混凝土結(jié)構(gòu)的種類、強(qiáng)度等方面考慮，例如要注意產(chǎn)品的生產(chǎn)日期和保質(zhì)期。同時(shí)，也要對其質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，建立一套符合標(biāo)準(zhǔn)比例的品質(zhì)強(qiáng)化體系，重點(diǎn)研究水泥原料的比重。

3.2 配合比的合理控制

在工程施工中，對施工質(zhì)量進(jìn)行控制的關(guān)鍵是混凝土的配比。為此，建筑企業(yè)應(yīng)建立較為專業(yè)化的施工隊(duì)伍，注重混凝土比例的控制。只有如此，才能確?；炷辆哂休^強(qiáng)的性能，加強(qiáng)施工強(qiáng)度。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，混凝土的含水量和體積都會發(fā)生變化，從而給混凝土配比帶來一定的困難。此外，對項(xiàng)目成本管理也有一定的影響。因此，建筑單位應(yīng)注重混凝土的合理配比，并對其進(jìn)行有效控制。

3.3 混凝土的澆筑過程

在建筑工程的框架結(jié)構(gòu)中，混凝土的澆注施工必須經(jīng)過主管部門的嚴(yán)格審核，并對其進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控。在施工中，混凝土的澆注對結(jié)構(gòu)的影響相對較大。如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，將會給建筑公司帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失。所以，在進(jìn)行混凝土澆注時(shí)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)廠家的需要，對相應(yīng)的施工方案進(jìn)行改進(jìn)。在工程設(shè)計(jì)中，必須清楚地記錄混凝土的澆注操作要求和相關(guān)的技術(shù)規(guī)范。然后，重點(diǎn)對施工中出現(xiàn)的問題進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)劃與分析，并提出相應(yīng)的對策，以確保混凝土澆筑的質(zhì)量。同時(shí)，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督工作，對鋼筋的垂直度、混凝土斷面尺寸等進(jìn)行細(xì)致的調(diào)整。

4 結(jié)束語

框架結(jié)構(gòu)體系是當(dāng)前應(yīng)用最廣的一類結(jié)構(gòu)體系，在設(shè)計(jì)前期，必須對其進(jìn)行合理的布置，以保證水平、豎向載荷與剛度中心或支撐中心相一致；在此基礎(chǔ)上，對梁、柱截面進(jìn)行初步的選取，并編制計(jì)算簡圖，對其進(jìn)行受力分析。通過合理的計(jì)算，對其進(jìn)行內(nèi)力分析，并滿足相關(guān)技術(shù)要求。對框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施應(yīng)給予足夠的關(guān)注，并達(dá)到規(guī)范中關(guān)于抗震、非抗震、不同抗震級別的框架、梁柱的構(gòu)造要求；同時(shí)，應(yīng)注重建筑結(jié)構(gòu)的先進(jìn)技術(shù)和工程實(shí)踐，以保證結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟(jì)、方便的施工。