浅谈建筑框架结构设计问题及要点

2021-06-10薛春杰

建材与装饰 2021年16期

关键词：挑梁框架结构抗震

薛春杰

（山西路晨建筑设计有限公司，山西临汾 043000）

建筑框架结构作为目前建筑设计的主要结构类型，其在提高建筑质量，保证建筑结构安全和实用性上有显著效果，故而有必要加大对其的研究力度，改进建设质量。

1 建筑框架结构

建筑框架结构其实就是利用梁和柱组合而成的一种承重结构，其在建筑中起到分担压力荷载，维持建筑结构稳定性的作用。同时建筑框架结构可根据实际需求，对建筑内部空间予以科学划分，以增强建筑的实用性。

2 建筑框架结构设计的原则

2.1 刚柔结合

设计中应合理把控结构刚度，刚柔适中。如结构刚度过大，则会影响结构的变形能力，进而发生断裂；如结构过柔，则结构在受到压力影响时容易出现变形甚至倒塌的现象。因此设计人员应在保证结构刚度的同时，合理把控结构的柔度。

2.2 设置多道防线

多道防线能够有效增强结构的稳定性。框架结构设计中设置多道防线，能够在发生突发状况时共同支撑，提高建筑结构的稳定性和安全性，控制外力作用对结构产生的负面影响。

2.3 抓大放小

设计中应坚持强剪弱弯，强柱弱梁的原则，抓大放小有利于建筑抵御外力作用。设计者要明确部件的主次关系，着重设计重要构件。强柱弱梁主要是受到外力作用后，梁倒塌，柱依然能够发挥支撑作用。所以设计人员必须高度重视柱的设计，以减轻外力作用对结构的破坏。

3 建筑框架结构设计中存在的问题

3.1 基础宽度设计不合理

建筑工程的基础结构大多以条形结构为主，在对其实行宽度设计时，一旦出现设计不合理或考虑不全面等情况，会使条形基础结构的稳定性受到影响，这时如果在墙体设计中出现较为严重的应力集中现象，则随着荷载的加大，条形基础结构也会存在不同程度的损伤，威胁地基的稳固性。另外，在设计过程中，一些工作人员经常会利用作用力除以墙段长度的方式来计算平均荷载，并以此结果来设置条形基础宽度，这样会导致建筑结构局部宽度不足，引发危险。

3.2 配筋配置不合理

3.2.1框架柱配筋问题

在建筑工程框架结构施工中，普遍存在框架柱配筋量较少的情况，这使建筑在地震灾害的影响下，框架柱需要承受扭转剪力及双向弯矩带来的影响，双倍荷载作用下，很容易引发框架柱的破损，即使其与横梁结构相连，但由于约束性较小，很难起到稳固效果。

3.2.2框架边柱柱顶配筋问题

建筑框架结构设计中，需要注重水平荷载设计的科学合理性，因为只有这样，才能实现力的均衡传递，维持框架结构的安全性和稳定性。一般情况下，框架顶层的风力荷载相对较大，这使建筑结构传递到边柱的作用力比传递到楼层边柱的作用力要大很多，正是由于作用力传递的不平衡，很有可能导致柱顶出现偏心的问题。

3.2.3框架外挑梁配筋问题

建筑框架结构设计中，外挑梁的设计一方面是为提高建筑的使用性，确保其功能的发挥；另一方面也是为节省占地空间，在有限的空间内增强建筑结构的整体效果。不过外挑梁在荷载划分时，由于其与框架梁荷载存在着较大的差异，使外挑梁在断面设计上，尺寸也与框架梁存在较大差异，工作人员需结合实际情况科学规划，以减少两者施工中问题的产生。

3.3 抗震设计问题

抗震设计一直都是建筑结构设计中最受关注的一个环节，在建筑框架结构设计中自然也不例外。工作人员需要对区域以往数据实施收集整理，分析其抗震等级，以此增大框架结构的承载及抵抗能力，降低地震灾害的影响。我国由于处于斑块交界地带，很多区域都会受到地震威胁，这就对建筑框架结构的抗震设计提出更高要求。尤其是在西南及一些山区地带中，建筑框架结构设计必须要将地震设计作为重点研究内容，参照现有规范标准，提升建筑结构的抗震等级，减少人员及经济损失。

近年来，我国土地资源越发紧张，为满足城市建设要求，我国不断加大了高层建筑的建设，为维护建筑的质量和安全，对建筑框架结构的抗震性能也提出更高要求。但在有些建筑工程项目中，设计人员对框架结构的抗震设计并未予以足够的重视，虽然结构的安全性和稳定性都符合现行规范的规定，但若发生地震灾害，则结构很容易岀现失稳的情况。

例如，某建筑在采用框架结构后，设计人员在设计中只对结构性能进行考虑，忽略了抗震的重要性，使柱截面尺寸及剪力设计超出规定的抗震标准要求，结构的延展性及约束性较低，在地震灾害作用下，结构的纵筋很容易出现膨胀扭曲的情况，进而降低柱端质量，导致危险的发生。

4 建筑框架结构设计的优化措施

4.1 加强地基基础结构设计的科学合理性

在建筑框架结构地基基础结构设计中，设计人员需要先做好现场勘查工作，以获取较为精准的地质研究报告，并结合工程建设要求及实际情况，地基基础结构的承载要求、强度及荷载变化等参数，进行提前分析和预测，以此为后续设计及施工作业提供可靠依据，优化建筑工程的整体建设水平。在确定地基的持力层的过程中，需要将地基基础与上部结构结合起来，进行全面的分析，并在此基础上综合考虑各方面的因素。例如，建筑结构的类型、荷载大小、地下水因素等，务必使地基基础的设计能够满足相关的标准需求。

在建筑框架结构地基基础结构设计中，采用的主要设计形式以独立基础和条形基础两种为主，其中条形基础是最常见到的结构类型。在实际设计作业中，设计人员需要先确定地基的承载力及最大荷载范围，根据这些数据对地基底面结构尺寸进行计算和分析，准确计算截面面积，之后完成覆土重力、地面以下基础的进一步分析，提高地基基础结构的整体质量。

4.2 注重配筋配置的合理性

4.2.1框架柱配筋设置

首先，合理控制纵筋截面面积，确保其比值在计算值的25%以上。其次，改变框架柱箍筋的结构形式。传统设计中，由于箍筋约束效果得不到合理发挥，使得框架柱在配筋较少的情况下，出现损坏或变形问题，降低框架结构质量。因此需要改变框架柱箍筋的结构形式，加强约束效果，避免问题的产生。一般情况下，会以井字形或菱形结构为主（如图1所示）。最后，在框架结构设计中，如果地基结构处存在软弱土层，这时设计人员需要适当增加框架柱的配筋数量，来维持结构的稳定性。

4.2.2框架边柱柱顶配筋设置

框架边柱柱顶配筋设置要重点注意水平荷载的科学划分。所以在设计中，可将横梁上部的所有钢筋全部融入柱中，并在柱中进行延伸，与横梁下方实行有效连接。同时柱中的钢筋要保证一部分延伸到横梁下方，与之连接后，另一部分应与柱顶延伸连接，注重水平向荷载划分的均匀性。需要注意的是，设计时不要将边柱柱角的钢筋延伸到梁内，这样会影响框架结构的水平荷载。

图1 框架柱配筋设置

4.2.3框架外挑梁配筋设置

框架外挑梁配筋的设置需要先对框架外部结构的受力情况予以了解和掌握，之后再结合工程建设要求，完成外挑梁的配筋计算，确定配筋数及规格，增强配筋设置的合理性，加大框架结构的承载能力。

4.2.4注重结构抗震设计

抗震设计作为增强建筑框架结构安全性、稳定性的关键要素，在实际设计作业中，应加大对其重视力度，结合现有要求及现场实际情况进行综合分析，提升抗震设计水平，增强建筑实用性。设计中，设计者要对梁刚度实行准确计算和控制，确保其与实际标准要求相符。不过在计算过程中，梁段负弯矩最终的计算结果往往要比实际比值大很多，这会直接增加梁段负弯矩的配筋数量，带来一定的成本支出。所以在设计过程中，设计人员应以最小值为最终负弯矩比值开展设计工作，确保配筋设置的合理性，抗震设计的标准性。对于一些特殊情况可适当放宽比值要求。