框架结构设计要点分析

李学才

摘要：建筑框架结构设计属于建筑结构设计中一种重要的形式。文章通过对框架结构设计中关键问题进行分析总结，提出相应的技术措施

关键词：框架；结构；设计；要点

中图分类号： S611 文献标识码： A

引言

在现代建筑设计领域，框架结构设计无论是在保障建筑安全还是在保证建筑外观形态方面都占有重要位置。设计框架结构，设计人员应首先判断结构方案的可行性，对可能碰到的问题提前采取措施予以解决，并对所有计算结构认真分析、判断，准确无误后方可应用于实际工程，满足建筑物的结构安全。

一、建筑框架结构设计原则

（一）一定要抓大放小，保全重要结构

在建筑框架结构设计中有这么一种说法，那就是“强柱弱梁”“强剪弱弯”，这不禁勾起了人们对这种说法产生疑问，问什么结构要强柱弱梁，强剪弱弯，在我们的印象中强柱强梁肯定会比强剪强弯要更加结实，更加安全。但是如果所有的结构构件都强了就不好了，将会存在非常大的安全隐患。我们知道绝对安全的结构在这个世界上是不存在的，无论哪种结构体系都不能在任何情况都可抵御各种外界的破坏。每个构件的作用都不同，整个结构体系就是由这众多的构件协调组合而成，并依据其重要性来区分轻重。每个结构构件共同抵抗外力的目的，就是为了在遭遇强大的外界破坏力时，能够保住其中最重要的部件不受损坏或者至少是最后才遭遇摧毁，这就是要做出取舍的时候了。所以最明智的选择就是在建筑框架结构设计之初就先衡量孰轻孰重，哪部分是主要构件，哪部分是次要构件，当强大的破坏力来临时，首当其冲的应该是次要的构件，在设计中各个部件千万不可平均受力，那样将损失惨重。我们知道在钢框架的结构设计中，如果柱不幸倒塌，梁也不可能存在，而如果梁倒了的话，柱依然可能存在，这也就说明了柱起到的作用要比梁大。所以在建筑框架结构设计过程中，为了保证柱免遭摧毁或者至少是最后才遭摧毁，这就要把梁放在相对比较薄弱的环节上，使其能够承受大部分外来破坏力，尽可能阻挡对柱的破坏，使损失降至最低。而如果把梁和柱都设计在主要环节上，则有可能使梁和柱遭到同样的破坏。

（二）一定要刚柔并济，平衡结构体系

建筑框架结构设计一定要遵循刚柔并济的原则，众所周知结构太刚变形能力就差，而结构太柔就会导致太脆。当建筑框架结构要承受强大破坏力在一瞬间来袭时，必然导致结构部件部分受损或者全部损坏。在面对这个问题的时候，设计人员设计时一定不能使建筑结构太刚。那么在建筑框架结构设计的过程中是不是越软越好呢，当然不是。结构柔一些是可以削弱外力，但缺点是容易变形缺乏支柱，必然导致全体倾覆。所以在建筑框架结构的设计中，一定要控制好结构设计的刚度，既不能太刚也不宜太柔。这个问题也正是设计人员正在探索并密切关注的问题，现在的规定只是一个笼统的范围，至于谁多谁少，目前尚没有准确定论。

（三）一定要多道防线，降低结构风险

层层设防能够尽可能的降低结构体系的风险，当突发状况发生的时候，所有抵抗外力的结构都在联合抵抗，同时相互支撑，这就好比一个物体从高处掉下来，如果经过一层层障碍物的阻碍，缓冲其速度，那么当这个物体掉下来时可能就比没有障碍物阻碍的物体或者障碍物少的受损度小很多。这个时候，我们不能把结构重心全部寄托在单一的构件上，在土建结构中我们知道多肢墙要比单片的墙好，而框架剪力墙要比纯框架好，我们知道鸟巢外形结构的设计，是多道防线设计思路的最好体现。

1.4 一定要使结构合为一体

好的建筑框架结构体系是一个整体的结构，这种结构体系中没有关节，并且能够快速有效的传递并消除外力，尽量减少破坏力度，有了这个原则，我们在设计时就要想办法把各个关节给“打通”，使之畅通无阻。前面我们提到的三个原则实施的基础就是一定使结构浑然一体，也就是说这个原则是前面三个原则的保障。总的来说，设计者要使原本保持平衡和静态的构件组合之后，在受到强烈的外力冲击时还能保持原来的静态，或者相对的静态，这样目的就达到了。

二、建筑框架结构设计

（一）截面尺寸的选择

梁、柱的截面尺寸的选择是框架结构设计的前提，除应满足《混凝土结构设计规范》所要求的取值范围，还应注意尽可能使柱的线刚度与梁的线刚度的比值大于1，以达到在罕遇地震作用下，梁端形成塑性铰时，柱端处于非弹性上作状态而没有屈服，节点仍处于弹性工作阶段的目的。即规范所要求的“强柱弱梁强节点”

（二）梁、柱的适宜配筋率

框架梁的配筋在设计中应掌握“适中”的原则，一般情况下其配筋率宜取0.4%-1.5%,框架柱的纵向受力钢筋的配筋率宜取1 %-3%。另外当梁端的纵向受拉钢筋最小配筋率大于2%时，其箍筋的最小直径应增大2mm。但是无论在何种情况下，均应满足《混凝土结构设计规范》所规定的最大、最小配筋率的要求。

（三）角柱、边柱及抗震墙端柱在地震作用

组合作用下会产生偏心受拉时，其柱内纵筋总截面面积应比计算值增大25%。框架柱的配筋可放大1.2-1.6倍，其中角柱1.4倍，边柱1.3倍，中柱1.2倍；框架柱的箍筋形式应选用菱形或井字形，以增强箍筋对混凝土的约束；对于一、三级框架的底层柱底和底部加强部位纵筋宜采用焊接，且当柱纵向钢筋的总配筋率超过3%时，箍筋的直径不应小于58，并应焊接。另外多层框架电算时常不考虑温度应力和基础的不均匀沉降，当多层框架水平尺寸和垂直尺寸较大以及地基软弱土层较厚或地基土质不均匀时，可以适当放大框架柱的配筋，且宜在纵、横两个方向设置基础梁，其配筋不宜按构造设置，应按框架梁进行设计，并按规范，要求设置箍筋加密区。

三、 建筑框架结构的梁部分设计

（一）梁上有次梁处(包括挑梁端部)应附加箍筋和吊筋,宜优先采用附加箍筋。

附加筋一般要有,但不应绝对。规范说的清楚,位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载,应全部由附加横向钢筋承担。也就是说,位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的垫梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力应加附加筋。但梁截面高度范围内的集中荷载可根据具体情况而定。当主次梁截面相差不大,次梁荷载较大时,应加附加筋。当主梁高度很高,次梁截面很小、荷载很小时,如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。还有当主次梁截面均很大,如工艺要求形成的主次深梁,而荷载相对不大,主梁也可不加附加筋。 �

（二） 当外部梁跨度相差不大时,梁高宜等高,尤其是外部的框架梁。

当梁底距外窗顶尺寸较小时,宜加大梁高做至窗顶。外部框架梁尽量做成外皮与柱外皮平齐。梁也可偏出柱边一较小尺寸。梁与柱的偏心可大于1/4柱宽,并宜小于1/3柱宽。 �

（三） 梁上有次梁时,应避免次梁搭接在主梁的支座附近,否则应考虑由次梁引起的主梁抗扭,或增加构造抗扭纵筋和箍筋。

当采用现浇板时,抗扭问题并不严重。原则上梁纵筋宜小直径小间距,有利于抗裂,但应注意钢筋间距要满足要求,并与梁的断面相应。箍筋按规定在梁端头加密。布筋时应将纵筋等距,箍筋肢距可不等。小断面的连续梁或框架梁,上、下纵筋均应采用同直径的,尽量不在支座搭接。端部与框架梁相交或弹性支承在墙体上的次梁,梁端支座可按简支考虑,但梁端箍筋应加密。反梁的板吊在梁底下,板荷载宜由箍筋承受,或适当增大箍筋。梁支承偏心布置的墙时宜做下挑沿。 �