框架结构设计在建筑结构设计中的应用

康 乐 山西晋设拓凡建筑设计咨询有限公司工程师

建筑结构设计中，应充分考虑现实情况，严格遵循国家相关规范标准的要求，确保建筑结构设计的合理性。框架结构是建筑工程目前常用的结构形式之一，为提高框架结构设计质量，应在正确认识框架结构的基础上，把握好框架结构设计的要点，尤其是要注意细节问题，从而充分发挥框架结构的优势，提高建筑结构设计水平。

1 建筑结构设计的原则

1.1 保障建筑物的稳定性

建筑结构设计中，建筑造型如果为规则形体，则可保证侧面与竖向剖面受力的均匀。但在实际建筑设计中，为确保造型的新颖性，很多设计人员盲目增加结构设计的复杂程度，不仅无法满足受力要求，还会导致抗震性能降低[1]。因此在实际开展建筑结构设计的时候，应采取有效的措施确保水平荷载可以得到顺利传递，确保刚度重心、结构重心的重合，预防结构扭转、偏心现象的发生，保障建筑物建成后的稳定性[2]。

1.2 确保使用功能满足要求

建筑是关系到民生的重要基础设施，在建筑结构设计中，不仅要确保其具备居住功能满足人们的需求，还要具备一些其他功能，如安全、健康、绿色环保等。当前，人们的经济条件得到了明显提高，对物质文化生活的要求不断提高，因此对建筑物的要求也有所提高。为此在实际开展结构设计时，要充分考虑受力是否简单、明确，并且对各结构的受力情况进行准确评估，从而确保建筑物的使用功能。

1.3 充分考虑安全问题

无论是何种类型的工程项目，安全性均是应当首要考虑的问题。建筑物的安全性对人们的居住舒适性、人身财产安全等产有着直接影响。影响安全性的因素多种多样，如果在设计阶段考虑得不够全面，则可能带来安全隐患，无法为施工提供有效的指导，甚至威胁施工安全。因此建筑结构设计中，必须高度重视安全问题，加强安全管理，对设计师开展安全培训，提高设计师的安全意识，预防安全问题的发生。

2 框架结构的优势与框架结构设计的特点

随着科技的迅速发展，建筑领域的研究与实践不断增多，涌现了一些新的建筑结构形式。同时，为适应市场需求的个性化、多样化转变，各种不规则的建筑结构形式越来越多。面对新的建筑结构形式，如果依然采取传统设计方法，便不可避免地会出现一些问题，造成大量的资源与资金浪费。在以往的建筑设计中，设计师将侧重点放到了提高安全性方面，但在很多时候会提高建筑工程的成本，影响其经济效益，还会导致资源的不必要浪费，无法提高资源利用效率，不符合绿色建筑理念。

随着生活水平的不断提高，人们对建筑物提出了更高的要求，不仅要具有安全性，也要具备更好的使用功能。在建筑物中，框架结构通常情况下是作为承重结构使用，其是由梁、柱进行刚性连接而构成的，框架结构的纵向荷载、水平荷载是由梁、柱共同抵抗的[3]。框架结构具有材料用量小、重量轻、空间布置更加灵活的特征，可以更好地满足人们对建筑物的多样化、个性化需求。因此，建筑结构设计中，应高度重视框架结构设计。

框架结构设计的特点主要体现在以下两方面。

设计效率高。设计效率高是建筑结构设计中框架结构设计的主要特点之一。具体来说，在框架结构设计中，设计人员可以在复制单一设计内容的基础上，实现建筑结构设计的有效完成。站在整体设计周期角度考虑，框架结构设计的设计周期相对较短，因此有利于促进建筑工程项目建设周期的缩短、建设成本的降低。同时，开展连续性的设计，有利于降低设计中的误差率，也可以有效提高后期的施工效率。

空间利用率高。建筑结构设计中，空间利用率高也是框架结构设计的一个主要特点。具体来说，在框架结构设计中，各区域的设计均属于直线设计，或者是功能性区域设计、必要的建筑结构构件设计。框架结构设计在增加建筑内部有效使用面积、提高建筑内部空间利用率方面发挥着良好的作用，同时解决了建筑内部空间结构设计内容过于复杂而导致的空间利用率低、内部有效使用面积浪费的问题。

3 建筑结构设计中框架结构设计要点

3.1 基础设计

在建筑结构设计中应用框架结构时，大多数是选择条形基础或者是独立基础，为确保建筑结构设计质量，应做好基础设计，充分考虑地基变形问题以及地基的承载性能，对地基大小进行合理的规划设计[4]。在对地基表面浅基层进行设计时，应充分考虑变形问题、承载性能，并要合理控制成本，以确保建筑工程的经济效益。在框架结构基础设计过程中，可采取柱下条形基础。

但在实践过程中，必须要仔细观察节点部位，明确基础底部面积的实际情况，还要密切关注柱下扩展基层的情况，确保其宽度以及均匀性符合规范标准的要求。如果发现问题，便可以采取加宽地基基础的方法予以处理，但要对宽度进行合理控制，确保地基埋深在3 m 以上即可。为确保地基承载力，应做好防水工作，针对地下室，应注意预防地下室外板延伸。同时，在开展框架结构设计的过程中，应注意确保后浇带的长度符合标准要求。设置后浇带的时候，应间隔40 m，以保障基础的稳定性[5]。

3.2 梁柱中心线设计

框架结构设计质量在一定程度上受到梁柱中心线设计水平的影响，因此必须高度重视梁柱中心线设计。应严格按照相关规范标准的要求，对框架梁、框架柱中心线进行合理设计，确保梁柱中心重合，如果梁柱中心线发生偏移，则需要仔细分析梁柱节点的实际受力情况，并深入研究受力与构造间的关系。

3.3 短柱处理

在建筑结构设计中，针对大跨度柱网框架结构，必须对框架梁、框架柱之间的关系进行深入分析。在实际进行框架结构设计的过程中，应有效处理短柱的构造，采取短柱箍筋加密的方法，从而全面提升框架结构的稳定性。对短柱进行分析发现，其具有抗震性能较差的缺陷，如果建筑框架结构中存在短柱，则会影响建筑结构的稳定性以及建筑物的安全性。

针对有连续窗的过梁，在实际设计的过程中，容易出现外部框架形成短柱的现象。楼梯间平台梁也会引起短柱问题。在建筑框架结构设计过程中，必须充分考虑短柱问题，采取科学有效的手段解决短柱带来的不利影响。在实际设计中，应严格遵循我国相关标准规范的要求，保证短柱抗震性能达标。

3.4 抗震设计

抗震设计在建筑框架结构设计中占据着重要的地位，直接影响着建筑物的安全性、稳定性。

柱的抗震设计是一项非常重要的工作，在实际进行设计的过程中，为提高柱的抗震设计水平，应充分考虑剪力、作用力方面的影响，合理设计柱截面。在进行抗震设计时，可以参考柱截面的标准高度与宽度，确保剪跨比大于2，并且根据相关规范标准的要求进行优化设计，如在确保剪压比符合要求的前提下，则要对柱端截面剪应力进行合理控制，确保其剪应力不超过3 N/mm2。

根据相关规范标准的要求，结合建筑工程实际情况，合理设计纵向钢筋的配筋率，尽可能地在符合标准要求的基础上实现配筋效力的提升，避免纵向钢筋压曲现象的发生，确保结构强度。但受到地震力的持续作用，柱端钢筋混凝土层有可能发生损坏，若是箍筋量不足，则会降低其约束力，导致钢筋膨曲问题的发生，降低建筑内部结构的稳定性。面对这样的情况，应科学设计箍筋。

为保障建筑物的安全性，应进行抗震优化设计。可采取的措施包括外部加固设施，即在建筑外部安装固定杆等来实现建筑结构抗震性能的提高；内部安装抗震装置，如使用抗震阻尼器来实现框架结构抗震能力的提高。

3.5 配筋设计

在框架结构设计中，配筋设计也是一个重要组成部分。随着建筑工程建设数量的增多、规模的扩大，框架结构这一结构形式得到了越来越多的应用。但在框架结构设计中，应充分考虑顶层风荷载因素，确保建筑高度与轴向力大小之间成正比，预防顶柱存在偏心力。究其原因在于，如果顶层存在轴向应力则可能导致建筑截面重心偏离问题的出现。因此，在建筑框架结构设计中，应根据相关标准的要求，对梁、柱配筋进行合理设计。

框架外挑梁配筋设计。建筑结构往往会受到多种因素的影响，挑梁设计便是一个重要的方面。在对框架外挑梁进行设计时，建筑物的占地面积、使用功能均会在一定程度上影响设计质量，其原因在于外挑梁、框架梁断面之间存在着较大的差别。在对框架梁主筋进行设计时，应当采取向外挑梁上扩展的方法，这样的方式可能会给结构质量带来一定的影响，因此在计算的时候，应充分考虑框架外挑梁承载情况，对配筋进行合理设计，提高框架外挑梁的承载性能。

框架柱配筋设计。一般情况下，框架柱配筋比率并不高，发生地震的情况下，框架柱会承受较大的扭转剪力。受到双向偏心因素的影响，在地震发生时，内柱有可能受到损伤，因此在配筋设计的时候，应充分考虑各方受力情况。若是建筑物所在地区为松软土质，则要适当将框架柱的配筋进行增加，同时为了提高提升箍筋对混凝土的制约作用，实际设计中框架柱的扣筋方式通常情况下被设置为菱形或井字形。

3.6 优化多道防线设计

站在应力优化、应力控制角度考虑，在框架结构设计中，应采取优化多道放线设计，有利于提高建筑结构的安全性，也可以保障后期施工安全。在实际开展框架结构设计的过程中，针对优化多道放线设计，可以对梁、板、柱结构进行优化设计，如柱体构件分布优化、连续梁的设计等方面来促进框架结构设计水平的提高，进而实现建筑结构设计整体质量的提高。对内力应力分布进行优化设计，也有利于实现结构应力均衡性的提高，有利于增强建筑结构的稳定性。

3.7 边柱节点设计

随着城市化建设进程的加快，当前高层建筑的数量越来越多，由于建筑高度的增加，导致建筑物内部结构压力也在不断提高。在框架结构设计中，边柱节点设计一直以来便是一项繁杂的工作，在高层建筑结构设计中更是如此，其原因主要是顶层风荷载的影响。很多高层建筑顶端存在着房柱偏离中心的问题，导致高层建筑最顶层边柱节点偏离中心只有柱截面高度的1/2。

面对这种情况，进行框架结构设计时，应对边柱节点进行优化设计。在高层建筑顶层的框架中，梁柱不应该少于两根，且柱的宽度应远远大于梁的宽度。在这样的要求下，实际开展框架结构设计时，应在建筑边柱柱角中塞入主钢筋，并结合建筑工程施工要求进行优化调整，确保边柱节点符合建筑工程的实际情况。

3.8 支管接入设计

不同的建筑工程，框架结构的支管接入的高度、角度也会存在一定的差异，这就给模具提出了更高的要求。建筑结构设计中，对诸多建筑参数有着严格的要求。在开展计算工作的过程中，所应用的计算方法不同，计算结果也会出现一定的差异。应对模块进行优化设计，提升模块应用价值，节约建筑资源。

3.9 结构内力分析

对于建筑工程来说，竖向荷载、水平作用力之间存在着明显的差别。在计算竖向载荷时，可以采取弯矩二次分配、分层法等计算方法。在采用弯矩二次分配法时，需对各节点不均衡的弯矩进行计算与分配，获取相应的数值；在采用分层法的时候，需使用固定端支护，取代上下两层部分弹性支撑，然后将各楼层线刚度与0.9 相乘，得到的乘积便是内力值。在对水平作用力进行计算时，可以采用D 值法、反弯点法等计算方法。其中，D 值法的计算结果通常情况下更加准确。但是，梁和柱线刚度较大时，反弯点法精度更好。

建筑结构内力的分析是一项比较烦琐的工作，要求必须细致分析，相关人员必须全面考虑多方面的因素，才能获得更加精准的数值。

3.10 计算模型设计

在框架结构设计过程中涉及一些计算问题。如在开展计算工作的过程中，往往会涉及一些力学公式。但由于受到各种因素的干扰，不可避免地会出现一定的误差。应提前设计好力学计算模型，仔细核算计算结果，确保各个配梁上的受力部分都被准确分析，充分做好框架结构空间预算，方可避免个别配梁的计算失误，保障建筑结构的稳定性。

3.11 荷载取值规划

在框架结构设计中，只有选择最良的荷载组合，才能计算出最大的可承受外力，也就是荷载效应。荷载包括两种，即永久性荷载、可变性荷载，框架承重水平达到极限状态的情况下，应逐一对应地计算对抗力与作用设计值。

4 结语

为确保建筑结构设计水平，应严格遵循相应的原则，包括保障建筑物的稳定性、确保使用功能满足要求、充分考虑安全问题等。框架结构有着一定优势，在建筑工程中得到了越来越多的应用，实际进行框架结构设计时，应根据相关规范标准要求，结合实际把握好基础设计、梁柱中心线设计、短柱处理、抗震设计、配筋设计以及荷载取值规划等要点，从细节入手，确保框架结构设计质量，充分发挥框架结构的作用，为实现建筑工程建设质量的提高奠定良好的基础。