浅谈建筑工程中框架结构构造与设计

邓 孔

(广西宏冠工程咨询有限公司，广西壮族自治区 南宁市 530000)

浅谈建筑工程中框架结构构造与设计

邓 孔

(广西宏冠工程咨询有限公司，广西壮族自治区 南宁市 530000)

针对框架结构这种我国广泛采用的建筑结构形式，本文结合框架结构的特征和我国建筑工程中框架结构主要类型，浅析了框架结构总体构造要求与强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、多道设防的基本设计原则。对建筑工程中的框架结构的构造与设计提供了一些参考和借鉴。

框架结构 建筑工程 构造与设计

框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接联接构成主要承重体系，由梁和柱组成框架共同抵抗结构使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载的结构。由于框架结构在建筑上具有平面布置灵活，有利于形成大空间，力学上由于自重轻，有利于结构抗震等优点，这种结构体系广泛应用于我国建筑工程中。作为我国应用最为广泛的建筑结构体系之一，结合框架结构的结构和受力特征，探究分析建筑工程中框架结构的设计原则和方法、构造措施，对于提高框架结构抵抗荷载能力、加强框架结构建筑安全性，提高框架结构建筑的经济适用性和耐久性具有重要意义。

1. 框架结构的结构特征和主要类型

框架结构的主要承重结构为梁和柱，受力体系简单明确。由于构件截面相对较小，框架结构的承载力和刚度都较低，属于柔性结构。其受力特征类似于竖向悬臂剪切梁，在强烈水平荷载（如地震作用、风荷载）作用下容易产生较大的水平位移。随着层高的增加、结构高度的增大，底部柱承受的轴向压力增大，特别是在水平荷载下梁柱产生的弯矩和整体位移迅速增大，导致梁柱截面和配筋的增加，从而给建筑平面布局带来不便，影响建筑空间的合理使用。同时，随着层高的增大，在建筑材料消耗和建筑造价方面也趋于经济不合理。

框架结构在我国建筑工程中发展相对较为成熟，在实际应用中逐步形成了多种类型。目前我国常用框架结构按照施工方法的不同，主要分为现全浇框架、半现浇框架、装配式框架、和装配整体式框架。全现浇框架的承重构件梁、板、柱均为现场浇筑，具有较好的整体性，抗震性能好。其缺点在于现场施工量和模板使用量大、工期长。半现浇框架的梁柱为现浇，楼板为预制。由于楼板为工厂预制，大大减小了现场混凝土浇筑量，节约模板，但其整体性不如全现浇框架。装配式框架是指构件在工厂预制，现场进行焊接装配形成的框架结构，装配式框架可以大大缩短工程工期，模板使用量小，便于机械化生产，但构件预埋件较多，用钢量大，整体性相对较差，不利于抗震。装配整体式框架集装配式框架和现浇框架部分优点于一体，构件采用工厂预制，节点采用现浇，整体性较装配式框架有所提高，但节点处的现场现浇施工复杂。按照框架结构的承重方式主要有全框架结构、内框架结构、和底层框架结构。全框架承重构件梁柱板全部采用钢筋混凝土，整体性好；内框架结构由内部钢筋混凝土框架和外围砖砌体共同组成承重结构，这种结构体系由于采用砌体和钢筋混凝土两种不同弹性模量不同的材料组合。由于刚度的差异，在荷载作用下变形不协调，因此房屋整体性和刚度较差，设计中也不易控制构件破坏的过程；底部框架结构在我国中小城镇和农村大量使用，这种结构形式能在底层提供大空间，同时上层采用砌体能降低造价，广泛适用于底层商用店铺，上层住宅的多层房屋建筑。但在近几年发生的汶川地震、芦山地震中，底部框架结构震害非常严重。其主要原因在于底部框架结构竖向刚度分布不均匀，上部砌体刚度较大，而底部框架相对较柔，导致在地震作用下底层破坏严重，甚至产生整体倒塌。

2. 框架结构总体构造要求

合理的结构构造是确保结构安全的基本要求。框架结构的结构总体构造需要满足平面布置规则、立面布置合理，同时要求受力、传力路径清晰明确。

2.1 平面布置规则

规则的平面布置有利于使结构受力更加合理，有利于充分结构体系中发挥各受力的承载能力，是提高框架结构安全可靠性、经济合理性的有效措施。规则的平面布置要求建筑在平面内形态规则，柱网分布均匀，尽量使结构的质量中心与刚度中心重合。合理的平面布置可以有效地减小结构在荷载作用下产生的扭转效应，可以使内力在各构件之间均匀分布，避免受力集中，从而避免因局部破坏严重而导致的结构整体失效，或者不可修复的功能丧失。

2.2 立面布置合理

立面布置合理主要是为了保证各层之间质量、刚度变化均匀，避免出现局部刚度突变或者局部过刚或过柔，避免出现“鞭梢效应”。大量震害资料表明，框架结构的大量破坏都发生在质量、刚度突变区域。在无法避免的情况下，需要特别注意加强突变区域的构造措施。

2.3 传力路径明确

明确的传力路径是框架结构进行科学设计的重要前提。选择传力路径明确的建筑形式能大大简化结构设计的难度，有助于明确主要构件和次要构件，合理选择结构材料，从而提高经济性。

3. 框架结构设计的基本原则

科学的设计是保证结构安全性的重要环节。通过对框架结构在近几年的几次地震中的震害分析和总结，在框架结构的设计需要遵循以下几点原则。

3.1 强柱弱梁

强柱弱梁是指在大震情况下实现梁铰，即在柱形成塑性铰破坏之前塑性铰先在梁上开展。框架结构只有实现强柱弱梁，才能充分发挥结构延性，有效避免建筑整体倒塌。由于影响强柱弱梁的因素多，往往难以实现。为了保证强柱弱梁，在框架结构设计中，需要充分考虑楼板配筋的影响；考虑计算梁端与实际梁端位置不统一而导致的梁端计算负弯矩过大的影响。此外，在裂缝验算时梁端弯矩的取值也需要合理，否则会导致梁端配筋过大。

3.2 强剪弱弯

由于剪切破坏表现为脆性破坏，因此在框架结构设计中需要保证钢筋混凝土构件在发生受弯破坏之前不发生剪切破坏。这就需要充分验算构件斜截面受剪承载力，使构件与正截面受弯承载能力相应的剪力低于构件斜截面受剪承载能力。保证强剪弱弯是延性设计的重要要求。

3.3 强节点、强锚固，弱构件

节点破坏和锚固失效是框架结构破坏的重要形式。一旦节点发生破坏或者出现锚固失效，构件往往不能充分发挥其承载能力，因此在框架结构设计中需要特别注意节点的设计和锚固验算，保证在结构构件发生破坏之前不出现节点和锚固的失效。这就要求强节点、强锚固，弱构件。在设计过程中，需要严格按照规范进行节点设计和锚固验算，根据结构抗震等级加强节点和锚固的构造措施，严格禁止发生节点破坏和锚固失效。

3.4 多道设防，保证结构冗余度

在框架结构设计中，需要保证充分的结构冗余度，保证大震情况下结构有做够的安全裕度。当部分受力构件发生破坏的情况下，结构仍然能有一定的抗震能力，能保证框架结构继续工作。在一定意义来讲，部分构件的破坏的过程也是地震能量耗散的过程，因此只有结构有多道设防，有足够安全裕度的情况下，才能保证结构安全。只有这样才能实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震目标。

小结

建筑工程中的框架结构是一种广泛采用的结构形式，在实际工程应用中表现为多种类型。在框架结构的总体构造方面，需要合理地进行建筑的平、立面布置，采用传力路径明确的建筑形式；在框架结构的设计过程中，要严格遵循强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固弱构件、多道设防确保结构冗余度的基本原则。

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1007-6344（2015）11-0155-01