框架結(jié)構(gòu)設(shè)計原則與應(yīng)注意的問題探析

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

【關(guān)鍵詞】框架結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；計算簡圖；杭震構(gòu)造  鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)由梁和柱所組成，是一種抗震、抗風(fēng)較好的結(jié)構(gòu)體系，這種體系的側(cè)向剛度小，平面布置靈活，易于滿足建筑物設(shè)置大房間的要求，在工業(yè)與民用建筑中被廣泛應(yīng)用。  1  框架結(jié)構(gòu)設(shè)計原則  1.1  剛?cè)岵?合理的建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該是剛?cè)嵯酀?。結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)外力，太柔的結(jié)果必然是太大的變形，甚至?xí)?dǎo)致立足不穩(wěn)而失去根本。  1.2 多道防線 安全的結(jié)構(gòu)體系是層層設(shè)防的，災(zāi)難來臨，所有抵抗外力的結(jié)構(gòu)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(gòu)件上，是非常非常危險的。如土建結(jié)構(gòu)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(shè)計思路。  1.3 抓大放小 在框架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系中具有“強柱弱梁”、“強剪弱彎”等的說法也是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中非常重要的概念。絕對安全的結(jié)構(gòu)是沒有的。簡單地說，雖然整個結(jié)構(gòu)體系是由各種構(gòu)件協(xié)調(diào)組成一體，但各個構(gòu)件擔(dān)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(gòu)件協(xié)作抵抗的目的，就是為了保住最重要的構(gòu)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(gòu)件先去承擔(dān)災(zāi)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(guān)節(jié)理想的結(jié)構(gòu)體系當(dāng)然是渾然一體的—也就是沒有任何關(guān)節(jié)的，這樣的結(jié)構(gòu)體系使任何外力都能迅速傳遞和消減。基于這個思路，設(shè)計者要做的就是要盡可能地把結(jié)構(gòu)中各種各樣的關(guān)節(jié)“打通”，使力量在關(guān)節(jié)處暢通無阻。打通關(guān)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(dāng)力量不能暢通時，構(gòu)件與構(gòu)件之間，構(gòu)件的組成元素與元素之間的靜態(tài)平衡一旦被破壞，結(jié)構(gòu)變成機動，“動”即是死，即為終結(jié)?？梢娫O(shè)計者是協(xié)調(diào)者，其任務(wù)是讓所有互不相關(guān)的靜態(tài)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計方法  現(xiàn)代建筑常因設(shè)計不當(dāng)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(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)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(chǔ)埋深較淺時現(xiàn)澆的框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》gb50010-2010 (以下簡稱《結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，底層柱的計算長度取基礎(chǔ)頂面到一層樓蓋頂面的高度h:裝配式框架取1.25h。  （2）基礎(chǔ)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(shè)置基礎(chǔ)連系梁。將基礎(chǔ)連系梁以下的部分看作底層，往的h值取基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)，合理確定上部結(jié)構(gòu)的嵌固位置是一個關(guān)鍵問題?！督Y(jié)構(gòu)規(guī)范》和《建筑抗震設(shè)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(jié)構(gòu)或采用箱型基礎(chǔ)時，可將地下室頂作為框架上部結(jié)構(gòu)的嵌固位置，在利用pkpm軟件進行設(shè)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(jié)構(gòu)或者采用筏板式基礎(chǔ)時，嵌固位置最好取在基礎(chǔ)頂面。此時，利用電算進行樓層組合時，總層數(shù)應(yīng)為實際的樓層數(shù)加上地下室的層數(shù)。  2.2  基礎(chǔ)寬度和面積的計算 在計算基礎(chǔ)寬度或面積時，往往由于力學(xué)模型不明確或考慮問題不周詳，導(dǎo)致基礎(chǔ)寬度或面積不足。如墻體上作用有較大集中力的情況，當(dāng)墻體上有較大的集中力作用時，通過墻體和基礎(chǔ)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(shè)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(chǔ)寬度，則導(dǎo)致局部基礎(chǔ)寬度不足。因此，必須加大基礎(chǔ)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(chǔ)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(jié)錨固性能，直接影響構(gòu)件的耐久性和鋼筋的受力性能，但由于設(shè)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(guān)系處理不明確，造成板負筋保護層厚度不足或構(gòu)件有效截面高度損失，直接影響到構(gòu)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(yīng)采取不同的保護層厚度。  因此，設(shè)計時應(yīng)注意：  （1）正確處理構(gòu)件內(nèi)各類鋼筋的相互關(guān)系，按鋼筋的正確位置確定構(gòu)件內(nèi)鋼筋的保護層厚度及構(gòu)件有效截面高度，并進行構(gòu)件的截面設(shè)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(guān)構(gòu)件的有效截面高度并進行配筋計算，在施工圖中標(biāo)出相關(guān)構(gòu)件中鋼筋的位置。  （2）正確區(qū)分同一構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)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(dǎo)致結(jié)構(gòu)不合理，甚至結(jié)構(gòu)不安全。設(shè)計人員在精于結(jié)構(gòu)電算分析的同時，更應(yīng)注意到以上所提到的在設(shè)計過程中碰到的類似問題，使施工圖的設(shè)計更完善，保證結(jié)構(gòu)的安全。