浅谈框架结构设计在建筑结构设计中的应用

雷耀海

棕榈设计集团有限公司 广东 广州 510627

在建筑建设行业中建筑工程结构的设计及施工作为重要内容，影响着建筑整体的性能。框架结构在建设中比较常见，其有着较强的稳定性，同时分割比较灵活，可满足施工的需求，加强了建设的效果。在框架结构设计中应对各方面充分考虑，使设计符合实际要求，可使结构的优势得到体现，为建筑工程的施工提供良好的条件。因此，应合理的利用框架结构，使建筑结构设计水平得到提升，为建筑工程建设质量提供保障，进而实现建筑工程运行的目标。

1 建筑框架结构概述

建筑框架结构包括梁和柱，在建筑工程中发挥了重要的作用，其中梁使用混凝土与钢筋材料来制作，在连接中使用钢连接等方式。该结构可抵抗水平荷载及竖向荷载，保证了结构的稳定性。当框架结构的构件面积比较小，难以满足承载力要求。在建筑层数增加的条件下，水平位移会变小，墙体难以承担相应的负荷，这种情况下会使其性能减弱，不适合用于高层建筑结构设计中。框架结构作为承载结构体系，梁、柱发挥了承担水平及竖直方向的荷载的作用，自身优势显著，可满足使用的需求[1]。在当前的社会背景下，建筑建设的需求增加，这对建筑结构设计提出了更多的要求，由于建筑造型有着多样化的发展趋势，当选择的设计形式不恰当会影响其整体效果，难以达到要求，同时，在安全要求下，构件的成本会增加，这使结构的设计水平降低，导致了资源浪费等问题，也对环境产生了不良影响。可将建筑结构设计优化，使建筑的能耗问题得到缓解，并且使建筑性能达到实际要求。因此，应对框架结构进行合理设计，使其发挥出更好的作用，提升建筑建设的水平。

2 建筑框架结构设计中的主要原则

2.1 刚柔适度

在建筑框架结构设计中应符合刚柔适度的原则，当柔度过大会导致结构变形问题，带来严重的后果。当刚度过大，会使结构的柔韧性减弱，在外力的影响下容易出现损坏的问题。在结构设计中应保证弹性适中，在构件达到了一定的强度时，可使结构之间保持相互协调，加强建筑的延性，也就是优化结构在承载较大环境中的最大限度变形。在判断建筑结构刚柔时，应参考结构刚重比、剪重比等指标，根据剪重比进行参考，在地震剪力偏小同时层间位移角较大的情况下，结构偏柔，需要将墙柱截面增加，以保证刚度符合要求[2]。通过对刚柔度的合理设计，可使结构的抗震效果加强，因此，应严格按照刚柔适度的原则进行设计。

2.2 多道防线

应结合设防层数来明确结构体系的安全水平，在出现了突发问题后，应使构件能够提供相应的抵抗力，保证建筑结构自身的稳定性。仅仅依靠单个构件会使其出现损坏的问题，影响了结构的性能，比如在土建结构设计中多肢墙能够发挥出有效的作用。通过对多道设防可避免结构在某个部分出现损坏后而失去承载作用的问题，使其他的构件能够发挥出有效的作用，加强结构的稳定性。在框架结构设计中需要使用大量的钢筋与水泥等，在结构中有着较多的接头，发生地震时会使结构产生水平位移等问题。因此，在对结构进行设计的过程中需要完成多道防线的设置，以保证结构的安全性。

2.3 分清主次

在框架结构中应考虑到强剪弱弯、强柱弱梁的情况，将钢结构设计优化，使结构的性能加强。应根据主次明确的原则来设计，保证梁与柱强度设计的合理性，由于在设计中无法保证绝对的安全，应尽量确保主体结构不被破坏[3]。应将梁与柱的主次地位合理区分，在框架结构受损之后，即使出现了梁倒塌问题柱也不会倒塌，发挥出结构的有效承载作用。在设计中柱比梁的强度要求高，可使结构的抵抗效果加强，避免在外力的影响下出现损坏，将强柱弱梁作为设计要求，可为居民的逃生提供相应的条件。强剪弱弯可满足抗震设计需求，使结构在地震的作用下先发生弯曲破坏，之后发生剪切破坏，可使结构的整体更加安全可靠。

3 建筑结构设计中的框架结构设计内容

3.1 地基设计

在框架结构设计中可使用条形基础或者独立基础，为了使建筑结构设计的效果得到优化，应优化基础设计，考虑到地基变形的情况，使地基结构的设计符合建设要求，保证其稳定性。在设计地基表面浅基层时，应对变形问题进行分析，根据承载性设计要求来优化设计内容，同时应考虑到成本控制的要求。对于框架基础结构，可使用柱下条形基础，并且对节点位置进行观察，根据底面的情况进行设计。应考虑到柱下扩展基层的情况，使其宽度达到要求，并且保证均匀性。当出现了问题，可通过将地基加宽来处理，将宽度控制好，使地基的埋深不小于3m。为了加强地基的承载性，需要将防水措施明确，避免对设计产生影响，同时考虑到地下室外板延伸带来的影响。在设计中应注意后浇带的长度，使其符合工程建设要求，还需在设置过程中保持一定的间隔，以确保基础结构的稳定性，使设计达到良好的效果。根据设计的经验来看，通常后浇带设置间隔为40m，可保证设计的质量。

3.2 梁柱中心线设计

框架结构设计效果受到了梁柱中心线设计的影响，应优化梁柱中心线设计，根据相关标准来明确中心线，使结构设计的质量提高[4]。在设计过程中应使梁柱中心重合，当梁柱中心线产生了偏移的情况，应对梁柱节点的受力情况进行分析，明确受力与构造之间的关系，为结构的优化提供良好的条件。

3.3 短柱处理设计

在建筑结构设计中对于大跨度柱网框架结构，应对框架梁、框架柱间关系进行分析，在设计框架结构的过程中需要恰当地处理短柱的构造，可利用短柱箍筋加密的方式来加强框架结构的稳定性。在短柱设计中需考虑到其抗震性较差的特点，建筑的框架结构中有短柱，在设计中如果不进行合理处理会影响建筑的安全性。比如，在连续窗的过梁设计中可能会产生短柱的情况，产生了一定的影响。此外，楼梯间平台梁也会产生短柱情况，应对其进行优化，避免对结构设计效果产生影响。在设计中需要根据结构的性能要求及相关标准分析，利用有效的方式来避免短柱带来的问题。通过对短柱处理的优化，可使建筑结构的抗震性得到提升，进而加强建筑整体的性能。

3.4 抗震设计

在框架结构设计中抗震设计有着重要的作用，对建筑安全及稳定有着较大的影响。柱的抗震设计有着较大的影响，在设计中应全面地分析，以加强柱的抗震性，考虑到剪力及作用力的影响，对柱截面进行优化[5]。在抗震设计过程中应考虑柱截面标准高度及宽度，保证剪跨比的合理性，一般应大于2。设计应严格按照相关标准进行，避免出现偏差而影响实际效果，比如，在剪压比符合要求的条件下，应合理的控制柱端截面剪应力，使剪应力不超出3N/mm2。结合标准要求来看，应对纵向钢筋配筋率合理设计，以保证建筑结构的抗震效果，对配筋设计进行改善，可避免出现钢筋压曲等问题，使结构的强度达到要求。由于在地震作用下柱端钢筋混凝土层会被损坏，当箍筋量出现了不足，会使其约束力降低，难以保证钢筋结构的稳定性，使结构的整体性能受到影响。应根据工程实际情况来进行分析，使箍筋得到合理设计，使建筑结构的抗震性需求得到满足，并且采取有效的手段，比如外部加固设施，通过在建筑的外部安装固定杆等来加强结构的稳定性，避免建筑结构在地震的影响下出现问题。也可在内部安装抗震装置，比如抗震阻尼器等。

3.5 配筋设计

在框架结构设计中配筋设计发挥了重要的作用，由于建筑工程建设数量增加，规模扩大，该结构在应用中受到了关注，需要对其进行优化。应结合顶层的风荷载来分析，使建筑的高度与轴向力之间成正比的关系，有效避免顶柱偏心力产生影响。当顶层存在轴向应力，会使建筑截面重心出现偏离的情况。在进行建筑框架结构设计的过程中需要参考相关的要求，合理的设计梁与柱配筋。针对框架外挑梁配筋应进行优化，由于结构会受到不同因素影响，通过对挑梁设计的控制，可使结构设计效果加强[6]。在框架外挑梁设计中，建筑的占地面积及使用功能会对设计质量产生影响，由于外挑梁、框架梁断面之间有着较大的差别，在设计框架梁主筋的过程中可采用外挑梁上扩展的方式，影响了结构的质量，应考虑到框架外挑梁的承载需求，针对其特点设计配筋部分，使框架结构体系的性能加强。框架柱配筋中通常配筋率不高，在外力的影响下，框架柱结构承受的扭转剪力变大。需要结合双向偏心问题进行分析，采取有效措施来优化，避免地震等影响导致结构损坏，在配筋设计过程中应分析各项受力情况，以保证设计的效果。在建筑所处区域的土质为松软土质时，应将框架柱的配筋增加，还需使箍筋对混凝土的制约作用加强，在设计中扣筋方式一般为菱形或井字形，以保证设计的有效性，使建筑工程结构的性能达到相应的要求。

3.6 边柱节点设计

在建筑高度增加的情况下，内部结构的压力会显著提高，这对结构设计提出了相应的要求。在框架结构设计中边柱节点设计比较复杂，对结构性能有着较大的影响，在高层建筑结构设计中受到顶层风荷载的影响，多数建筑的顶端存在着房柱偏离中心的情况，这使建筑的最顶层边柱节点偏离中心仅有柱截面高度的1/2，对建筑的建设产生了影响[7]。在设计中需要将边柱节点优化，要求在顶层框架中梁柱数量不应少于2根，柱的宽度应大于梁的宽度。在该要求下，可在设计过程中将边柱柱角中塞入主钢筋，根据工程建设的要求进一步调整，可使边柱节点的设计达到更好的效果，使建筑结构的设计质量提高，从而加强结构自身的性能。

3.7 支管接入段设计

在建筑工程施工进行前，由于框架结构的支管介入角度和高度会产生一定的变化，为了避免其带来影响，应对设计模块进行优化。在建设过程中，考虑到其中涉及了较多的参数，采用不同的计算方式会使结果产生差异，计算人员需要对模块进行改善，使多种模块的使用范围变得更加广泛，以使模块的应用效果加强，可实现节约资源的目标，建筑结构设计提供良好的条件，进而提升建筑结构整体的质量。

3.8 结构内力计算设计

建筑工程竖向荷载及水平作用力之间有着一定的差异，在计算过程中需要合理选择计算方法。在计算竖向荷载时，可使用弯矩二次分配、分层法等，其中弯矩二次分配法要求对各个节点不均衡的弯矩进行分析计算，根据获得的数值来优化设计[8]。采用分层法进行设计时，可使用固定端进行支护，使上下层弹性支撑被取代，并且将楼层线刚度计算在内，以获得内力值。对水平作用力进行分析时，可使用D值法等，一般使用D值法可使结果更加准确可靠，然而当梁和柱线刚度较大，应选择反弯点法来计算，避免对结果精确性产生影响。建筑结构内力分析在实际实施中比较复杂，应保证各个环节的准确性，使计算发挥出有效的作用，为结构设计提供可靠的参考依据，以保证设计的效果。

3.9 荷载取值设计

在框架结构设计过程中，选择最不利的荷载组合时能够精确计算出该结构最大外力承受值，该值通常用荷载效应表述。荷载效应主要分为可变性荷载和永久性荷载两种，在具体建筑结构设计过程中，当建筑物框架结构承重水平达到极限值时，需要利用对抗力和作用设计值进行一一对应计算，通过计算结果获得该建筑物结构荷载取值。

4 加强建筑框架结构设计效果的措施

首先，应对建筑环境进行考察，在设计之前将环境情况确定，其中地基作为重要的内容，对建筑结构设计有着直接的影响。比如，在地基的土质比较软时，需要采取有效的措施来处理，一般使用柱下条基的方法。还需考虑到材料的影响，对其质量进行有效控制，为框架设计效果带来保障。同时，需要设置防水层，对其厚度进行合理设计。另外，需要对建筑间的沉降缝进行考虑，针对基础比较好的建筑，应根据墙体情况来管理沉降缝，使建筑结构的性能加强。其次，应提高方案的可行性[9]。科学合理的框架结构设计方案是保证顺利施工的重要依据。在设计混凝土框架结构前，要全面了解相关建筑图纸，在掌握建筑设计技术参数和标准的同时要落实好各项设计细节，进一步研究解决相关问题，保证框架设计方案的科学性，同时要对设计流程进行规范，提高方案的可行性，保证框架设计质量。最后，应提高框架结构体系的整体性。框架结构承重体系是每一层楼盖和屋盖连接组成的整体结构。在设计过程中，不仅要保证水平、竖向承重体系满足施工组织设计相关规定，还要对建筑楼盖和屋盖各方向的荷载情况进行考虑，进一步分析荷载对地基产生的影响，保证设计的合理性。除此之外，在框架结构技术交底时，要对各个施工环节的工艺、材料等给予全面分析，同时要依据相关工艺技术标准来检验技术质量和方法的合理性，促进施工的顺利开展，保证建筑工程质量。

5 结语

在建筑建设行业中建筑结构的优化设计作为重要的部分，应结合当前的常用结构形式进行分析，使其得到合理的设计，以保证建筑结构的设计效果。框架结构形式在设计中有着良好的效果，应按照刚柔适度、多道防线及分清主次的原则进行设计，明确地基设计、梁柱中心线设计、短柱处理设计以及抗震设计等环节的要点，使设计工作顺利进行。通过对框架结构设计的优化，可使建筑结构的稳定性得到提升，为建筑的使用带来更好的保障。