建筑框架结构设计原则和有效性

2014-01-28李奕君华北油田公司水电厂河北任丘062552

中国建材科技 2014年4期

李奕君（华北油田公司水电厂，河北任丘 062552）

随着社会的不断发展，国内建筑行业也日益表现迅猛发展的趋势，框架作为建筑的基础和灵魂，也越来越受到人们的重视。只有不断的设计及建筑好框架，才可以从根本上使建筑的质量得到保障。

1 建筑框架结构设计原则分析

1.1 分清主次

建筑框架结构设计中最基本的原则就是“抓大放小”和“学会放弃”。举例来说，在钢结构当中，一旦柱失效了，相应的梁也会随之失效。反过来，若干梁失效了，而柱依然能够保证其有效性[1]。从中我们不难看出，柱承担的作用显著超过了梁，而柱的责任也是无可替代的。基于此，设计师应当分清主次，为了防止柱先倒，需要将梁设计成坚固的构件，而将柱设计成相对较薄弱的部分，以防止梁先被破坏，尽量降低其损失。而如果梁和柱均被设计得非常坚固，那么一旦受到外力突然袭击，这两者都极易遭到破坏，带来不可估量的损失。所以要求设计时在钢结构设计的过程中，必须严格按照 “强剪弱弯”“强柱弱梁”的建筑规范来进行设计，找出其中的主要矛盾和次要矛盾，以便能够准确把握梁和柱的关系。

1.2 刚柔并济

合理的控制刚和柔是确保建筑框架科学、经济的重要因素。如果柔多一点，会为了适应外力的需求而出现极大的变形，能够在很大程度上减少外力的压迫，同时具有花费少、经济的优势。反过来，如果刚多一点，除了会使得工程造价昂贵，不经济外，与此同时，一旦遇到强大的损坏力，也很难起到消减外力的作用，易被外力压迫而导致建筑损坏，但是能够有效降低其变形能力。这就要求设计人员应当遵循刚柔并济的原则，如抗震验算时对于不同的楼盖和布置就应当使用刚性、刚柔、柔性的理论来进行设计。

1.3 层层设防

对于任何一个合理的框架结构设计来说，其首先应当是稳固的、安全的，能够有效抵抗基本的损害力，起到保护建筑物的作用，而一旦遭遇突然的损坏力时，那么框架结构的层层防线都应当迅速聚集而来，协同发挥出抵抗外力的功能。反之，如果设计中只是单纯的凭借某一个结构来抵抗外力，对于建筑物来说非常危险同时也是不合理的。举例来说，土建结构中多层墙就会比单层墙牢固，而框架剪力混合墙和纯剪力墙相比，也要更加牢固，从中就表现出了层层设防线和建筑稳固的建筑框架设计原则。

2 如何提高建筑框架结构设计的有效性

2.1 抗剪措施

强剪弱弯能够有效避免构件的脆性被破坏，以确保其延性。设计人员在设计中为了防止建筑物的结构在自然灾害或者其他外物冲击时，其脆性不被破坏同时剪切失效，就需要增加一定的承重构件的抗剪承受力以及抗弯能力。所以也要求在设计过程中必须严格遵循抗剪受力以及抗弯能力的相关规范要求，高度重视抗剪构造以及验算框架梁的设计工作。

2.2 强柱弱梁节点

主要是为了在罕遇地震作用下，能够让梁端形成塑形铰，促使柱端可以处于一种非弹性工作状态，而不会发生屈服，然而节点依旧处于一种弹性工作时期。本文所说的强柱弱梁措施的强弱，实际上即是指和梁端截面实际抗弯能力情况相比，柱端截面抗弯能力所应当增强幅度的大小，其能够决定由强震而带来的柱端截面屈服后塑性转动是否能够控制在塑性转动能力之下，与此同时不会发生“层侧移机构”，以最大限度确保柱不被压溃。具体设计过程中，柱强于梁的幅度大小主要是由梁端纵筋构造超配程度来决定的，同时还在一定程度上受到结构在梁以及柱端塑性铰形成时产生的塑性内力重分布情况以及动力特征所出现的一些变化的影响[2]。基于以上，设计师在建筑许可的条件下，一般应当尽量把柱的截面尺寸做得大些，以确保柱和梁的线刚度的比值能够尽量超过1，同时还应当注意严格控制柱的轴压比，以确保其能够符合规范要求，以有效增加延性。在对于截面承载力进行验算时，还应当对柱的设计弯距根据强柱弱梁原则进行合理的调整放大，以便能够增强柱的配筋构造。

2.3 注意构造措施

第一，大跨度柱网的框架结构，考虑到楼梯间处的框架柱因为和楼梯平台梁相连，所以会导致楼梯间处的柱极易形成短柱，设计人员必须对柱箍筋全长加密。第二，如果框架结构外立面是带形窗，那么由于已经设置连续的窗过梁，会导致外框架柱极易形成短柱，必须加强构造措施。第三，一般来说，如果框架结构长度略应当大于规范限值，同时根据建筑功能的要求禁止留缝时，那么为了能够降低有害裂缝，建议设计人员通过补偿混凝土浇筑来进行处理。