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)內關注的重點，是保障建筑結構安全、實現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調組成一體，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?？梢娫O計者是協調者，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  現代建筑常因設計不當而造成施工環(huán)節(jié)質量難以保證，給工程安全留下隱患，現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《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，樓層總數僅輸入地下室以上的實際層數，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，總層數應為實際的樓層數加上地下室的層數。  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。通常采用局部調整系數調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）正確處理構件內各類鋼筋的相互關系，按鋼筋的正確位置確定構件內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。首先根據規(guī)范要求確定梁柱內箍筋的保護層厚度，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。