框架結構設計原則與應注意的問題探析

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【摘  要】建筑框架結構設計是結構設計中較為基礎的設計，也是建筑結構設計中較為重要的一種形式，一直以來，建筑框架結構設計問題是業(yè)內(nèi)關注的重點，是保障建筑結構安全、實現(xiàn)建筑使用功能的靈魂。本文針對框架結構設計中常見的幾個問題進行了分析，并提出了相應的解決措施。 

【關鍵詞】框架結構；結構設計；計算簡圖；杭震構造  鋼筋混凝土框架結構由梁和柱所組成，是一種抗震、抗風較好的結構體系，這種體系的側向剛度小，平面布置靈活，易于滿足建筑物設置大房間的要求，在工業(yè)與民用建筑中被廣泛應用。  1  框架結構設計原則  1.1  剛柔并濟 合理的建筑結構體系應該是剛柔相濟的。結構太剛則變形能力差，強大的破壞力瞬間襲來時，需要承受的力很大，容易造成局部受損最后全部毀壞；而太柔的結構雖然可以很好的消減外力，但容易造成變形過大而無法使用甚至全體傾覆。柔多一點雖然造價便宜但是必然產(chǎn)生變形以適應外力，太柔的結果必然是太大的變形，甚至會導致立足不穩(wěn)而失去根本。  1.2 多道防線 安全的結構體系是層層設防的，災難來臨，所有抵抗外力的結構都在通力合作，前仆后繼。這時候，如果把“生存”的希望全部寄托在某個單一的構件上，是非常非常危險的。如土建結構中多肢墻比單片墻好，框架剪力墻比純框架好等等，就是體現(xiàn)了多道防線的設計思路。  1.3 抓大放小 在框架結構結構體系中具有“強柱弱梁”、“強剪弱彎”等的說法也是鋼結構設計中非常重要的概念。絕對安全的結構是沒有的。簡單地說，雖然整個結構體系是由各種構件協(xié)調(diào)組成一體，但各個構件擔任的角色不盡相同，按照其重要性也就有輕重之分。一旦不可意料的破壞力量突然襲來，各個構件協(xié)作抵抗的目的，就是為了保住最重要的構件免遭摧毀或者至少是最后才遭摧毀，這時候犧牲在所難免，讓誰犧牲呢？明智之舉是要讓次要構件先去承擔災難。“寧為玉碎，不為瓦全”，如果平均用力，可能會“玉石俱粉”，損失則更大矣！  1.4 打通關節(jié)理想的結構體系當然是渾然一體的—也就是沒有任何關節(jié)的，這樣的結構體系使任何外力都能迅速傳遞和消減?；谶@個思路，設計者要做的就是要盡可能地把結構中各種各樣的關節(jié)“打通”，使力量在關節(jié)處暢通無阻。打通關節(jié)保持平衡的目的其實就是使其永遠處于原始的靜態(tài)，當力量不能暢通時，構件與構件之間，構件的組成元素與元素之間的靜態(tài)平衡一旦被破壞，結構變成機動，“動”即是死，即為終結。可見設計者是協(xié)調(diào)者，其任務是讓所有互不相關的靜態(tài)構件相聚之后依然處于靜態(tài)（也就是使其保持常態(tài)），或者是處在相對的靜態(tài)之中。  2 框架結構設計方法  現(xiàn)代建筑常因設計不當而造成施工環(huán)節(jié)質(zhì)量難以保證，給工程安全留下隱患，現(xiàn)從以下幾個方面闡述框架結構設計時應注意的問題。  2.1 框架計算簡圖的確定  2.1.1無地下室的多層框架房屋  （1）基礎埋深較淺時現(xiàn)澆的框架結構梁柱剛接，計算簡圖的確定主要是確定底層柱的計算長度。根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》gb50010-2010 (以下簡稱《結構規(guī)范》)第6.2.20條規(guī)定:一般多層房屋中梁柱為剛接的框架結構，底層柱的計算長度取基礎頂面到一層樓蓋頂面的高度h:裝配式框架取1.25h。  （2）基礎埋深較大時為了增加房屋底部的整體性，減小位移有時在0.000n〕附近設置基礎連系梁。將基礎連系梁以下的部分看作底層，往的h值取基礎頂面至連系梁頂面的高度，而把實際建筑的底層作為第二層考慮，層高h取連系梁頂層至一層樓面高度。  2.1.2  帶地下室的多層框架房屋 對于帶地下室的多層框架結構，合理確定上部結構的嵌固位置是一個關鍵問題?！督Y構規(guī)范》和《建筑抗震設計規(guī)范》gb50011-2010(以下簡稱《抗震規(guī)范》)，都沒有明確地提出具體位置，需要具體問題具體分析。對于能夠滿足《抗震規(guī)范》第6.1.14條規(guī)定的地下室結構或采用箱型基礎時，可將地下室頂作為框架上部結構的嵌固位置，在利用pkpm軟件進行設計時，樓層總數(shù)僅輸入地下室以上的實際層數(shù)，底層的層高h取實際層高。這樣計算出的地震作用與實際情況較為接近。對于不能滿足《抗震規(guī)范》第6.1.14條規(guī)定的地下室結構或者采用筏板式基礎時，嵌固位置最好取在基礎頂面。此時，利用電算進行樓層組合時，總層數(shù)應為實際的樓層數(shù)加上地下室的層數(shù)。  2.2  基礎寬度和面積的計算 在計算基礎寬度或面積時，往往由于力學模型不明確或考慮問題不周詳，導致基礎寬度或面積不足。如墻體上作用有較大集中力的情況，當墻體上有較大的集中力作用時，通過墻體和基礎可將集中力向地基擴散，但這種擴散是有一定范圍的，且基底土反力并不均勻分布。若設計時用該集中力除以墻段長度得到的平均線荷來確定基礎寬度，則導致局部基礎寬度不足。因此，必須加大基礎寬度以滿足地基承載力的要求。通常采用局部調(diào)整系數(shù)調(diào)整基礎寬度的方法解決此類問題。  2.3  鋼筋混凝土保護層厚度的取值 混凝土保護層的作用是保護鋼筋不發(fā)生銹蝕，并保證鋼筋的粘結錨固性能，直接影響構件的耐久性和鋼筋的受力性能，但由于設計人員的不重視，常會出現(xiàn)問題:  2.3.1 梁或柱中，只注意到主筋的保護層厚度，而忽略了箍筋的保護層厚度，造成箍筋外露或保護層厚度不足；  2.3.2 主梁與次梁交叉處、主梁、次梁和板的鋼筋關系處理不明確，造成板負筋保護層厚度不足或構件有效截面高度損失，直接影響到構件的安全性；  2.3.3 地上部分與地下部分的柱子因所處的環(huán)境條件不同，根據(jù)規(guī)范要求，應采取不同的保護層厚度。  因此，設計時應注意：  （1）正確處理構件內(nèi)各類鋼筋的相互關系，按鋼筋的正確位置確定構件內(nèi)鋼筋的保護層厚度及構件有效截面高度，并進行構件的截面設計。首先根據(jù)規(guī)范要求確定梁柱內(nèi)箍筋的保護層厚度，即確定箍筋的正確位置，主筋的保護層厚度可采用a+dl(a為箍筋保護層最小厚度，d:為箍筋直徑)，并大于規(guī)范規(guī)定的最小厚度，以此確定主筋的正確位置；根據(jù)各種鋼筋的正確位置，確定相關構件的有效截面高度并進行配筋計算，在施工圖中標出相關構件中鋼筋的位置。  （2）正確區(qū)分同一構件所處的環(huán)境條件，區(qū)別對待不同環(huán)境下的混凝土保護層厚度。地下部分的柱子可將其斷面加大，滿足其保護層厚度的要求，同時保證柱子鋼筋上下位置的一致性，滿足鋼筋受力要求。  總之，以上提出的都是些框架結構設計中出現(xiàn)的易疏忽的問題。一旦處理不好或計算過程中未加考慮便會導致結構不合理，甚至結構不安全。設計人員在精于結構電算分析的同時，更應注意到以上所提到的在設計過程中碰到的類似問題，使施工圖的設計更完善，保證結構的安全。