非规则框架结构设计概述*

付伟超 张玉林

(西南科技大学城市学院 四川 绵阳 621000)

1 非规则框架结构概述

非规则框架结构的主要结构构件为框架柱、框架梁以及楼板[1]。竖向荷载首先作用在板面上，然后通过板传递到框架梁，再由框架梁传递到框架柱，最后传递给基础[2]，传力路径清晰。非框架结构布置较为灵活轻巧,因地制宜地进行结构设计。与传统的砌体结构和框架结构化相比：不规则框架结构比砌体结构整体性好，比框架结构造型更为美观。近些年，城镇化快速发展，业主对建筑的外形、立面效果等提出了更高的设计要求，非规则框架结构的使用更为频繁。

非规则框架结构与普通框架结构的区别在于结构布置上。非规则框架结构在进行结构布置的过程中，在轴线的设置上与普通的框架结构存在较大的差异，非规则框架结构根据建施图确定轴线的具体位置，结构布置较为灵活，容易适应结构出现分缝、转角、曲线等复杂情况，满足建筑使用功能的需求。但非规则框架结构的受力较为复杂，各方向刚度不一致，结构构件容易出现受扭破坏等情况。结构为适应场地变化，建筑体型往往会呈“L形”、“圆弧形”等形状，这就对结构设计的合理性提出了更高的要求，也是笔者着重阐述的重点。

2 非规则框架结构布置

结构布置是非规则框架结构设计中的重要一环。结构构件的布置：①满足结构的受力要求，②满足建筑功能的要求。框架柱的布置首先要考虑建筑使用功能的要求，满足净高、开洞、大空间的使用需求。非规则框架结构布置，柱距应以6～8 m为宜,过大则影响结构的安全性,过小则不经济。中柱的截面大小主要由轴压比控制，边柱和角柱的截面大小主要由侧向刚度控制。边柱和角柱的布置要均匀、规则、对称。框架梁宽度不小于250 mm，高宽比不易大于4。混凝土板厚一般不小于100 mm，采用全屋刚性楼板假定。合理的结构布置将会对后期的结构分析提供极大地便利，并且受力明确，施工方便，降低造价。

3 非规则框架结构抗震设计

非规则框架结构抗震延性设计，需根据《建筑抗震设计规范》规定的抗震延性设计要求，确保非规则框架结构拥有足够的抗震延性，保证结构具有足够的抗侧能力,抗震延性设计准则包括：强柱弱梁、强节点、强锚固、强剪弱弯[3]。这4条准则对非规则框架结构侧向位移的控制尤为明显，最直接的表现就是层间位移角[4]是否会超限。结构概念是结构设计的基础，只有理解并运用好这些设计准则，才能更好地提高结构设计的合理性。

在进行非规则框架结构的设计时，应当兼顾非规则框架结构的刚度和柔度。结构的刚性和柔性是不可调和的两个方面，刚性越大则柔性越差，柔性越大则刚性越差。在自然环境下，刚性可以满足建筑物在绝大多数情况下的需求，但是在较强的外力作用下，刚性强意味着变形能力差，在外力作用下整个建筑物会出现整体倾覆和节点应力过大而破坏的情况。虽然柔性建筑可以在一定程度上降低施工成本，充分利用结构的塑性变形，却容易产生过大形变，影响建筑物的正常使用，在刚性和柔性之间找到良好的平衡，从而确保建筑物的安全性。 保证非规则框架结构能够实现刚柔并济的措施主要有：使用高强度热轧钢筋、结构刚度与地基土软硬相反、采用牢固的构造措施等。

在非规则框架结构的设计中，其中重要的是框架柱，应当首先保证框架柱的刚度，从而保证在外力作用下，构件塑性铰充分地发挥作用，考虑塑性内力重分布分析方法，充分挖掘和利用结构潜在的承载能力，因而使结构更加的合理经济。框架柱的刚度大，则在外力的作用下，首先破坏的的是框架梁，能起到一定的耗能作用，有柱的支撑作用，结构并不会整体坍塌。所以对框架柱设计的合理性应当予以充足的重视。

4 三缝合一

由于受温度、地震和不均匀沉降等因素的影响，建筑物会事先预留出一定的缝隙，即伸缩缝、沉降缝、防震缝[5]。沉降缝的设置需要把基础断开，均匀的地质条件下，一般不需设置。防震缝需要把建筑物上部断开，并做相应的结构处理,且沿建筑物全高设置，基础不用断开。防震缝是为了使建筑结构或者竖向结构较为规则,为防止在地震作用下建筑物被破坏。设置变形缝可以将建筑物分为几个形状简单的结构部分，以利于结构变形，抵抗建筑物内部应力而设置的结构缝。实际工程中,常用的就是把防震缝和伸缩缝合在一起，防震缝一般不考虑设置，一缝多用。实际震害表明：合理的设置变形缝能使结构变得更规则，从而有利于非规则框架结构的变形，抵抗建筑物内部产生的附加应力和变形。

5 归并包络设计

在非规则框架结构的设计过程中，平面布置非规则的框架结构，当有抗震要求时，此类结构不适合做平面简化计算，应当整体计算，依次选取各榀框架的主要控制截面，保证结构各部位的安全性。当为非抗震地区的丙丁类建筑时，由于结构复杂，工程量较大时，须先进行包络设计以后，从不同类型的框架各选一榀，对刚度接近的可以归并。每榀框架荷载最大的框架，由于荷载布置非规则，可以采取连续包络等方式，归并部分荷载。

6 非规则框架结构配筋设计

基于前文的介绍，在进行钢筋设计时，主筋应当首先考虑采用三级热轧钢筋(HRB400)，箍筋和其它附加钢筋采用二级热轧钢筋(HRB335)。钢筋的锚固长度和钢筋的强度等级有关，所选用的钢筋强度等级越高，需要的锚固长度就越长，相应的非规则框架结构的构件截面也越大。根据抗震概念设计原则，对非规则框架结构的结构设计中构造部分不需计算(配筋率、锚固长度、最小直径等)，直接采用构造措施[6]，确定钢筋直径和间距。

综上所述，在建筑结构设计中，建筑平面和立面形状为非规形状或异性结构，非规则框架结构会受到诸多因素的干扰，为保证非规则框架结构设计和具体情况相符，非规则框架结构进行结构布置应当遵循布置规则、均匀、对称的原则，保证各向刚度，满足抗震要求，抓住重点，使得结构设计安全适用，经济合理。此外，考虑到带有特殊造型的结构设计较为复杂且工程量很大，需要将概念设计和结构设计结合起来，注意在充分掌握相关原理、数据的基础上再使用合适的设计方法来实现最优设计效果。