框架结构设计中的几个关键问题及应对措施

王鸿飞

摘要：在建筑工程建设过程中，钢筋框架结构是一种比较常用的结构形式，因其具有受力均匀、灵活性大、稳定性高、抗震性能好等优点而被广泛应用在各种建筑工程中。在现代化社会发展的今天，计算机技术、电子技术不断发展起来，设计人员也开始将计算机应用在工程当中来计算其框架结构，极大的降低了设计人员的工作繁重度。但是在设计框架结构过程中，由于各个条件的影响导致框架结构仍然存在着一些关键性的问题，这些对工程的质量有极大的影响，因此必须受到我们的重视。

关键词：框架结构设计；关键问题；问题及对策

中图分类号：TU318文献标识码： A

引言

建筑结构作为建筑物的受力骨架，在形成人类活动空间的同时，满足人类的生产、生活需求及对建筑物的美观要求。结构是建筑物赖以生存的基础，无论何种建筑物都承受着自重和外部荷载作用、变形以及环境变化所带来的影响。钢筋框架结构在我国应用十分广泛，而且随着建筑业的高速发展，其应用越来越频繁。随着建筑造型和建筑功能要求的日趋多样化，无论是工业建筑还是民用建筑，在结构设计中碰到的各种难题也日益增多，因而结构设计者需要在遵循各种规范的前提下大胆灵活的解决一些结构上的重难点。我国是地震多发地带，在注重解决结构方面的问题外还应该做好杭震设计。

一、框架结构方案构思时应考虑的问题

结构的传力路线应简捷明了，在荷载作用下，结构的传力路线越短、越直接，结构的工作效能越高，所耗费的建材也就越少。从力学观点看，在民用和公共建筑的平面布局中，应当尽量使柱网按开间等跨和进深等距布置，这样可以相应减少边跨柱距，也可以充分利用连续梁的受力特点以减少结构中的弯矩，可以使各跨梁截面趋于一致，而提高结构的整体刚度。结构方案还应结合工程地质情况和建筑功能要求综合考虑。

二、框架结构设计中存在的关键问题及处理方式

（一）在框架结构设计中不应采用部分砌体墙承重的混合形式

根据我国现行的规定制度来看，在计算框架结构的抗震性能的过程中，设计师不应该采用砌体承重的混合形式来进行设计。在对楼梯间、电梯机房、水箱间等部位，设计师应该采用框架承重的形式进行设计，而不是采用砌体墙承重的形式。如果在其中必须要采用砌体墙承重形式进行设计，那么在设计的过程中国，我们不需要将砌体墙的刚度考虑在其中。在设计过程中，如果其抗侧力刚度小于框架结构发生地震时的反映，那么首先被破坏的也就是砌体墙结构，因此我们在对框架结构设计过程中，设计者应该根据实际情况以及规定制度来对其内力与钢筋进行合理的分配，从而保证工程的使用质量。

（二）在框架结构中布置双向梁柱抗侧力体系

在建筑工程当中，如果其结构形式为框架结构，那么框架结构就会同时承担水平与垂直两个方向的荷载，为了达到设计要求，设计人员需要在框架结构中设计双向梁、柱的抗侧力体系，另外，还需要通过运算来计算出其侧向刚度，这样才能够保证结构达到设计要求，每层楼的位移与层高之间的比例才能够符合设计规定。

（三）梁与柱的中心线必须重合

从当前我国建筑行业的规定当中可以看出，在框架结构设计中，梁与柱的中心线应该重合，如果没有重合，那么在计算框架结构的过程中，必须要将偏心对梁柱节点区域的受力情况以及构造特点的影响以及梁的荷载情况对柱的偏心的影响考虑在其中，如果说其偏心距离超过此方向柱的高宽度的25%时，那么我们可以适当在梁的水平方向加腋，以达到设计的要求。

在计算框架结构地震作用的过程中，如果梁、柱之间的偏心距超过了柱宽度的1/4，那么在梁柱节点区域不仅会出现斜裂缝，还存在竖向裂缝，不利于建筑工程的美观与正常使用。所以在这样的情况下，我们可以在梁的水平方向加腋，并且在加腋的过程中，设计人员一定要根据我国现行的规范制度以及工程的实际情况进行。

三、框架结构设计的优化

选择设计变量：所谓设计变量，是指在结构设计过程中需要优化的量，具体包括构件尺寸、结构形状和结构材料等。通常来讲，设计变量越多，优化效果就越好，但复杂度也相应加大。在实际设计过程中，总是尽可能低减少设计变量，将那些不会产生太大优化效果的参数排除。设计变量的选择要以客观条件为依据，要合理控制其选择范围，若是将梁的截面高度选为设计变量，根据具体要求，它是受一定限制的。

目标函数建立：目标函数是对以设计变量目标性指标的一种解析表达式。目标函数是衡量结构方案好与坏的重要标准，结构的刚度、抗震力、形状、尺寸和重量等都能够成为目标函数。

约束条件设立：所谓约束条件，是指优化过程中要遵守的具体条件，约束条件一定要符合具体的设计要求和设计标准。在设立约束条件时，要将那些和优化变量有关，必须存在的限制条件作为约束条件，并去掉一些可有可无的限制条件，尽可能地实现简化。在优化过程中，约束条件主要分为两类：第一，设计标准和设计要求中有明确规定的数值，比如梁的宽度要求、配筋率要求和钢筋要求等；第二，确保结构常态下的稳定性、安全性和承载性等的限制，这些条件通常和设计变量之间不存在直接联系，需要经过复杂计算才能确定和设立。

优化算法选择：为了取得良好的优化效果，必须要在构建优化模型基础上，合理选择优化算法。选择合理的优化算法对优化模型进行解算，可将其视为在约束条件下求目标函数相关值的问题。就现实来讲，约束条件和目标函数并非单纯的非线性，还具有隐形函数性质，因此，不同的优化问题要选择相应的优化算法，以此来确保优化效果的最佳化。

四、框架结构设计中常见问题的应对措施

（一）设计内力组合

内里组合是工程结构设计中抗震设计的关键点，要在调整结构抗震系数的基础上加以科学设计。在进行抗震设计时，构件材料的强度要大于未考虑抗震要求时的材料强度，若是以普通抗震设计材料强度对抗震系数加以计算，那么在实际工程结构抗震设计过程中要对抗震系数加以调整，提高建筑工程结构的抗震能力。

（二）确定结构设计方案

工程结构设计方案主要包括框架选择、基础设置和结构措施等内容。框架结构由结构性构件组成，彼此之间通过节点加以连接，以产生垂直和水平荷载能力。若是多层建筑，还要对水平风荷载加以特殊考虑。此外，框架结构最好要选择杆件刚接体系，以确保工程结构的抗震性和稳定性。基础设置要充分考虑施工现场的水文地质和施工环境等。若是低层建筑，那么其上部结构荷载不会太大，由此便可以选择独立基础的结构模式。若是高层建筑，就要选择综合基础的结构模式。结构措施要结合具体的抗震设计规范要求，在结构设计方面加强抗震设计，采取有效抗震措施，比如以整体浇筑的方式进行梁柱灌注，选择最佳的结构构件。

结束语

钢筋框架结构是由楼板、梁、柱及基础4种承重构件组成的，由主梁、柱与基础构成平面框架，各平面框架再由连续梁连接起来而形成的空间结构体系。在合理的高度和层数的情况下，框架结构能够提供较大的建筑空间，其平面布置灵活，可适合多种工艺与使用功能的要求。但是，在框架结构的设计中，仍然存在着一些概念性和实际性的问题需要设计人员予以重视，以确保设计质量的提高。

参考文献：

[1]洪岩峰. 框架结构设计中的几个关键问题及应对措施[J]. 门窗,2014,01:278.

[2]安绍军. 谈建筑工程结构设计中存在的问题及应对措施[J]. 中华民居(下旬刊),2014,02:34.

[3]晋笑格. 钢筋框架结构设计应注意的问题[J]. 四川建材,2014,01:46-47.