框架结构设计在建筑结构设计中的应用研究

2023-08-14王迟

建材与装饰 2023年23期

关键词：框架结构结构设计框架

王迟

（贵州省铜仁市建筑勘察设计院有限公司，贵州铜仁 554300）

0 引言

框架结构是建筑工程中十分重要的一项结构，将框架结构应用在建筑结构中能够为人们一个大且舒适空间。因此，设计师在进行建筑工程设计时，需要依据建筑工程具体情况，科学的布置建筑工程的内部空间，保证整体设计合理性。

1 框架结构设计特点

1.1 高空间利用率

建筑结构设计中对框架结构进行应用，最主要的一项技术特点就是高空间利用率，主要表现为框架设计中各个区域在具体设计都采用直线，而且要做好建筑工程中功能和结构构件内容的设计[1]。特别是可以提高建筑工程内部空间利用率，加大建筑内部应用面积，避免由于建筑工程内空间结构过于复杂浪费土地资源，降低资源利用率等各种不良现象。

1.2 高设计效率

框架结构设计在具体应用期间具有高设计效率。高设计效率主要体现在，在实际设计时，设计人员能够依据单一设计内容进行复制，完成建筑结构设计作业。从建筑结构整体设计周期入手分析，整体设计周期短，能够起到控制建筑工程成本作用[2]。此外，采取连续性设计，可以降低设计误差，从而为后续施工作业提供支持，提高施工效率。

2 建筑结构设计需要遵循的原则

2.1 保证建筑工程稳定

对于建筑工程来说，在进行结构设计时，若建筑自身是一个规则形体，要确保建筑竖向和侧面剖面整体受力能够保持均匀，但是，在进行建筑结构设计时，为了保证建筑造型保持新颖，会出现盲目增加结构设计复杂度现象，不仅无法保证建筑受力均衡性，而且还会降低的建筑工程在投入应用后的抗震性[3]。可见，在进行建筑结构设计时，需要做好结构调整，保证建筑工程在水平方向的荷载能够顺利传递，确保结构与刚度重心能够保持重合，从而避免出现偏心、结构扭转等不良现象，提高建筑工程稳定性[4]。

2.2 满足建筑工程应用功能

建筑工程一项重要民生基础设施，因此，在进行建筑结构设计时，一方面要确保建筑工程能够满足人们在居住上的需求，另一方面还要注意建筑工程在健康、安全、绿色等各个方面的需求。近几年，经济的快速发展使人们生活质量得到了显著提高，人们对建筑工程也提出了更高要求。因此，进行建筑结构设计时，要考虑受力是否明确、简单，而且要精准评估建筑结构受力情况，保证最终建设的建筑功能可以达到要求[5]。

2.3 考虑建筑工程安全性

安全性是任何建筑工程都需要靠的一项内容。建筑工程安全性会影响人们财产安全、居住舒适度等。影响建筑工程安全性的因素有很多，若设计人员在建筑工程结构设计期间，考虑内容不全面，会由于设计不合理，带来各种安全隐患，从而会对为后续施工作业开展造成不良影响，情况严重时会引发安全事故，不仅会造成经济损失，而且会发生人员伤亡。可见，建筑结构设计期间，应当提高对安全问题的重视，做好相应管理工作，加强对设计人员的培训，提高设计人员能力，实现对各种可能会出现安全问题的预防。

3 框架结构设计应用在建筑结构设计中的要点

3.1 保证各部件均匀受力

设计框架结构时，应当依据设计图纸中的内容对后续设计作业加以指导，实际设计期间，为了提高最终设计合理性，尽量让竖向建筑构件布置合理，受力均匀。在进行建筑工程中的梁盖系统时，要让建筑工程的重力荷载能够保持垂直，确保利用最短路程，将荷载传送到竖向构件墙体中，而且要利用转换结构系统，采用转换层，确保建筑工程中各个部件都能够保持均匀，避免由于部件受力不均匀，而影响建筑工程应用。

3.2 基础设计

将框架结构应用建筑结构设计时中，主要选择独立基础或条形基础，实际设计期间，为了保证最终设计的合理性，提高最终设计质量，要加强对基础上设计内容分析，做好基础设计，为了实现这一目标，设计人员全面考虑地基承载性与变形情况，科学规划设计地基大小[6]。通过对以往大量建筑工程进行分析可以发现，在进行地表浅面基层设计时，要综合分析，充分考虑地基承载性能、变形、成本等各项内容，在保证基础合理基础上，提高建筑工程经济效益。目前，建筑工程中的框架结构设计中，可以采用柱下条形基础。但是，从具体实践情况来看，设计人员要详细观察每一个细节部位，确定基础底部面积情况，而且还要在注意柱下扩展基层情况基础上，保证其均匀性和宽度都可以达到规范标准。实际设计期间，通过观察一旦发现问题，应当利用加宽地基基础方式进行处理，在这一过程中要合理控制宽度，地基埋深应当超过3.0m。为了保证地基承载力能够达到要求，需要做好防水作用，尤其是对地下室，要预防地下室板延伸。与此同时，进行框架结构设计时，要控制后浇带长度，保证其长度能够满足要求，一般来说，在进行后浇带设施时，应当间隔40m 左右，保证设计的基础稳定性可以达到要求，能够满足应用需求。

3.3 短柱处理

针对建筑工程中的大跨度柱网框架结构，为了保证最终设计合理性，要全面分析框架柱与框架梁之间的关系。设计框架结构，要做好短柱构造处理工作，利用短柱钢筋加密方法进行处理，提高框架结构稳定性。通过建筑工程的短柱进行分析可以发现，其框架结构内存在短柱，其抗震性差，若框架结构内存在短柱，势必会降低建筑工程结构安全性与稳定性，会影响建筑工程应用。

对于存在连续窗过梁，具体设计期间，受各项因素影响，外部会出现框架，容易形成短柱，楼梯间存在的平台梁也会形成短柱。因此，在进行框架结构设计时期间，设计人员必须要全面分析短柱带来的各种不良影响，总而言之，具体设计作业开展时，各项设计内容必须严格依据国家制定的各项规范和要求开展，保证建筑工程的短柱抗震性能够达到要求标准。

3.4 抗震设计

框架结构设计是一项复杂工作，具体设计时需要考虑内容有很多，抗震设计是中十分重要的一项内容，其占据重要定位，抗震设计会影响建筑工程竣工后的稳定性和安全性。

柱子是建筑工程的一项主要结构，一般来说，该结构中的配筋率相对较低，在这一情况下，一旦发生地震，建筑工程中的框架结构受到较大冲击力影响，框架结构会出现扭转剪力。若设计框架结构时，没有全面考虑这一问题，势必会导致建筑工程在投入应用后存在较大安全隐患。由此可见，在进行框架结构设计期间，需要对建筑工程具体情况进行全面分析，科学设置配筋，确保框架设计品质能够满足要求。

开展抗震设计时，需要全面考虑柱截面高度与宽度，保证剪跨比大于2，而且后续设计时，应当按照相应规范标准对设计内容进行适当优化，例如，应当在保证剪压比达到要求基础上，科学控制柱端截面剪应力，保证剪切力在3N/mm2以内。依据相应规范中要求，全面结合建筑工程具体情况，科学设计纵向钢筋配筋率，应当在保证设计能够到基础要求上，提高基础配筋率，以免纵向钢筋发行扭曲，提高建筑工程结构强度[7]。此外，也可以利用在外部设置加固措施方式保护建筑工程结构，提高结构稳定性。简而言之，就是通过在建筑工程外部加设固定方式提高建筑工程整体抗震性；也可以在建筑工程内部抗震装置，提高建筑工程抗震性，例如，可以采取加设抗震阻尼器方式，提高建筑工程抗震性，保证发生地震时，建筑工程不会遭受严重会破坏。

3.5 梁设计

进行建筑工程中的基础梁时，关键内容就是要依据具体情况，处理基础梁埋设深度，保证基础梁埋设深度适中，避免由于埋设过浅或过深，导致设计的框架结构品质达不到预期。如果发生了埋设较深现象，在设计时要依据一层框架梁标准进行，针对埋设位置，要按照短柱处理。与此同时，在进行基础梁设计时，为了提高建筑工程抗震性，要依据建筑工程主体框架柱两个轴方向加以设置。

3.6 配筋设计

配筋设计是框架结构设计中一项重要内容，该项设计内容对建筑工程的质量、性能、稳定性都会造成直接影响。现代建筑工程规模不断扩大，数量持续增多，结构也更加复杂，在这一背景下，框架结构在建筑工程的应用也越来越广泛，而且从具体应用情况来看也取得了不错应用效果。框架结构设计期间，设计人员必须充分考虑顶层风荷载因素，保证建筑高度与轴向力大小成正比，这对顶柱存在的偏心力可以得到预防，提高建筑工程稳定性。针对这一现象进行分析可以发现，引起这一现象的原因是，若顶层存在轴向应力，有可能会导致的建筑工程截面重心发生偏离。可见，针对建筑工程来说，在进行框架结构设计时，应当严格依据标准要求，科学设计柱配筋与梁之间的关系，做好相应分析工作，保证最终设计能够达到要求。

在进行框架外挑梁配筋设计期间，要全面考虑外界各项因素带来的各种影响。建筑物的应用功能和占地面都会影响框架外挑梁配筋设计，会对最终设计情况，建筑工程最终质量造成直接影响，这主要是由于框架梁断面与外挑梁之间存在较大差别，会影响最终设计性能。设计框架柱筋时，可以利用外向挑梁上拓展方法开展，这一种设计方式在实际应用时会影响建筑结构质量，可见，具体计算期间，应当全面分析框架外挑梁的具体承载情况，要科学设计配筋情况，做好相应分析工作，保证框架外挑梁承载性能可以达到预期。

一般来说，进行框架柱配筋设计期间，矿柱配筋率较低，一旦发生地震，框架柱受地震影响，将会导致框架柱会承受较大扭转剪力。受双向偏心因素影响，发生地震后，建筑工程内的柱遭受破坏，针对这一现象，进行配筋设计时，要全面考虑各个方面受力情况，提高设计合理性。如果建筑工程所在区域地质较为松软，应适当增加框架中的配筋，同时，为了提高箍筋对于混凝土的约束作用，对于建筑工程中的框架柱，针对框架柱的扣筋方式，可以采用井字形或菱形。

3.7 边柱节点设计

近几年，我国城市得到飞速发展，建筑工程高度不断增加，这也就导致建筑工程在投入应用后，结构需要承受的压力会进一步加大，如果未依据具体情况，做好相应设计工作，将会导致建筑工程结构稳定性达不到要求，无法满足应用需求。边柱节点是框架结构设计中一项重要内容，边柱节点是整个设计是一项烦琐作业，特别是针对一些高层建筑，需要提高对边柱节点设计内容的重视，这主要是因为高层建筑受风荷载的一个影响较大。一些高层建筑顶端容易发生房柱偏离中心现象，这一现象的出现，会导致高层建筑顶层边柱节点偏离中心只有柱截面高度的1/2。为了解决这一现象，开展框架结构设计期间，要优化边柱节点设计内容，提高整体设计合理性。对于高层建筑顶层框架，设计的梁柱不得少于两根，而且设计柱宽度需要远超过梁的宽度，只有这样的设计才是合理。在这一要求下，在进行框架结构设计时，为了确保建筑工程结构稳定，应当将主钢筋塞入建筑工程边柱柱角内，而且结合建筑工程，适当优化，做好相应调整工作，保证最终设计的边柱节点与建筑工程情况相符。

3.8 多道防线设计

从建筑工程应力优化与控制角度入手进行分析，开展框架结构设计时，应当对多道防线设计进行适当优化，从而使建筑工程结构整体稳定性和安全性都能够得到进一步提高，而且可以为后续施工作业开展提供支持。在进行多道防线设计优化时，需要对建筑工程中的板、梁、柱等各项结构进行优化，例如，要做好连续梁设计、柱构件分布优化作业，提高框架结构设计水平，保证最终建设的建筑工程质量能够达到要求。设计时，设计人员要依据具体情况优化内力应力分布，可以保证结构受力均匀，提高建筑工程结构稳定性。