框架结构设计在建筑结构设计中的应用
时间：2023-06-15 08:05:13 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
史慧
（大同市二院建筑设计研究有限责任公司，山西 大同 037001）
在建筑工程中，框架结构具有很多优势，特别是在大面积的建筑物结构中起到了很好的作用。框架中的梁、柱等构件可以很好的进行标准化，而且可以用组装的方法来完成，从而大大缩短了建造周期。采用现浇钢筋混凝土框架，既能保证结构的整体刚性，又能有效地进行抗震设计。同时，可将梁、柱浇注成不同的形状，以满足不同的设计需求。
1.1 架构概念
在实际应用中，由于其材料能够大规模生产，降低了生产成本，提高了工作效率，保证了工程使用的质量，而且种类繁多，因此被广泛地用于施工。框架结构是由梁和柱连接而成，它们共同构成了结构的承载结构，能够承受整体的垂直和横向的压力。在建筑物的中，墙体只起到围护和隔离的作用，无法承担荷载和应力。如果采用新型节能材料，不仅可以减少建筑物的总重量，而且可以达到隔热效果，而且可以节省能源和结构。
1.2 构架结构的特征
在实际使用中，该结构具有以下几个方面的特点：①建筑材料消耗较小，既能减少建筑重量，又能节省建筑费用，又能有效、灵活地划分建筑空间；
②框架的运用可以灵活地协调和配合建筑的布局，在大型建筑的结构设计中，其优越性更为突出；
③采用框架结构，可使梁、柱等结构更易于规范化，整体组装，从而大大缩短了施工工期，保证了工程的按时完成，保证了工程的质量；
④采用现浇混凝土框架结构，既能满足结构整体刚度的要求，又能实现梁、柱截面形状的多元化施工，更好地适应了建筑结构的多元化需求。
1.3 架构结构等原则
1.3.1 抓关键
从建筑的布局上来看，绝对的完美与安全是不可能的，所以必须要把握好最大的要素，同时也要舍弃一些小的缺陷，这样保证结构的安全性的同时，也要保证结构的稳定性。
1.3.2 平衡结构体系
在现代社会，大多数人都会觉得刚性和强度越高，就越安全，但实际上，建筑的结构还是要遵循刚柔并济的基本原理，这样才能保持结构的平衡和稳定性，太过刚硬容易折断，太过脆弱也是不行的，设计者必须要在两者之间寻找一个平衡点，才能保证整体的结构和主体结构的安全性。
1.3.3 降低结构风险
所以在设计的时候，要充分的考虑到结构的安全隐患，在进行安全评估的时候，要进行相关的测试，以保证结构的安全承载力和安，在设计的时候，必须要做到层层设防，层层抵御，多环节的配合，从而强化结构的抗风险能力，这样做的目的就是提高结构的抗风险能力。
1.3.4 确保结构成为一个整体
为了保证结构的安全性和承载力，必须要保证结构的各个部件和侧面的设计能够完美的融合在一起，而不是因为某些部件的性能和参数被分割开来，否则的话，整体的性能将会受到很大的影响，所以设计师们必须要根据这种设计思路，克服各种困难和关键点，从而完善和完善整个系统的设计[1]。
在过去的设计中，只要地基的高度不超过地基的影响，就可以根据地基的顶部和一层的顶部的高度来进行计算。在这一阶段，地基梁的设计只考虑上墙的承载力，结构与常规梁基本相同。这种做法使得混凝土结构的设计不符合标准。为了解决这个问题，可以从两个方面着手改进：1）按原设计基础进行钢筋、断面的设计，但应按立柱中心间距的1/12～1/18作为基准。在计算拉力时，应以与纵筋相连的立柱为参考，并按其最大轴力的10%进行拉力计算。同时，为减小地基的变形和高程，设计者应在±0.000以内的位置设计一根基础拉梁。在高层建筑中，以基础拉梁顶面至地基顶面的高度为基准；
2）选择结构的计算参数：①选择折减系数，由于填充墙的影响，结构的刚度低于实际刚度，且实际周期小于设计周期。结果造成的地震影响较弱，使建筑物的安全性不高。所以，按填料的数目和材质，采用0.7～0.9的折减参数；
②梁刚度放大系数的选择，采用计算软件时，由于梁模型为矩形，未考虑因楼板而增加的刚度，导致计算值不够准确，导致结构失稳。中梁的放大系数为2.0左右，边梁的放大系数为1.5左右。
3.1 合理断面尺寸的选取
在混凝土框架结构中，合理地选取截面尺寸是其先决条件。为了保证梁端具有足够的塑性，在不弹力的条件下，柱端应该具有很好的抗震性能，并且各节点具有良好的弹性。所以，在进行梁、柱截面尺寸的选取时，不仅要保证梁、柱截面尺寸符合《混凝土结构设计规范》的要求，还要保证梁、柱的刚度比在1以下，从而实现强柱、弱梁、强节点的截面设计。
3.2 梁与柱的合理控制梁柱的配筋比例
梁与柱的配筋设计要注意适度，保证《混凝土结构设计规范》规定的最大配筋率和最小配筋率。此外，梁、柱的配筋率不仅与结构的抗震等级密切相关，还与其轴向和钢筋的抗拉强度比有关，因此，应根据《混凝土结构设计规范》的规定，合理地确定梁、柱的配筋比例。
4.1 基础梁设置问题
在架设基础梁时，梁的埋设是一个非常重要的问题。在工程实践中，如果埋得太深，就按单层框架梁的标准来做，埋地部分采用短柱法。为保证建筑物的抗震能力，一般应沿两个轴线的方向布置基础梁。在实际设计中，应适当增大梁的截面，因为它要承受楼梯柱和填充墙的载荷。
4.2 框架结构薄弱层的设计
在具体的设计中，由于软弱层的存在，会导致结构的减震性能下降，可以采用提高框架结构的软弱层抗侧移刚度、根据特殊情况变更软弱层高度、减小地基的埋深等措施来解决。因此，在进行结构设计时，应尽量避免软弱层的产生。在不能避免的情况下，应根据相关法规及时采取有效的补救措施。
一般有三种方法来判定薄弱层：①由设计者指定。设计师根据自己的经验，参考有关的技术规范，在设计时进行了直接的规定；
②根据自己的计算和判断。运用相关的软件，结合现行法规和标准，对判定标准做出相应的调整；
③强制鉴定。如果框架结构竖向受力构件的布置不协调，或不满足规范要求，则强制将其视为薄弱层[2]。
4.3 纵向框架设计问题
从抗震性能的角度出发，在进行框架结构的设计时，应该充分考虑到其重要性，并将其视为与横梁的设计同等重要。但在许多工程实践中，多数设计者仅仅是对纵向常见的连续梁进行相应的设计，对于梁的承载力、跨中筋等配筋的布置设计存在着明显的缺陷，使其抗震性能大为下降。为了有效地改善结构的抗震性能，必须在结构设计中充分考虑到纵向框架的设计，使其在整体上得到有效的提高。
4.4 短柱问题
在柱净高与柱截面高度之比大于或等于4、或剪跨比值小于或等于2的情况下，会产生短柱问题。造成短柱问题的原因有两个：一是由于两根框架梁间的框柱净高偏低，二是由于填充墙的布置不合理。因此，解决短桩问题的办法是采用钢板外包、采用复合钢筋等措施来改善其变形，并提高其抗剪承载力。
5.1 柱结构抗震设计
1）柱截面尺寸，当剪力对柱子有很大的影响时，会引起剪力的破坏；
为了保证柱的伸长，必须保证柱的横截面符合有关的规定，一般按300mm*300mm的柱长和宽；
应设计出大于2的剪跨比，若能保证剪压比，则可获得理想的伸长率，因此，应考虑3N/mm2以下的柱末端横断面的平均剪切应力[3]。
2）立柱纵向钢筋的配筋，配筋应为对称式，为了进一步提高其延性，应按有关规定进行配筋比例的确定；
并按照有关规定，合理地进行钢筋的连接；
在钢筋的纵向连接部位，要对箍筋进行适当的加密，防止纵向钢筋发生弯曲，从而降低构件的强度。
3）柱的箍筋，在连续的地震力作用下，往往会造成柱端钢筋的混凝土层开裂，如果箍筋的数量不够，无法满足一定的约束，就会引起钢筋的膨胀，从而破坏结构的稳定，因此，需要按照有关规定进行合理的箍筋设计。
5.2 梁柱中心线设计
在结构体系中，梁、柱的中心线是整个结构的优化设计中的一个重要环节，因此，设计者应充分关注这一问题。首先要保证框架梁和柱子的中心线与现行规范和规范所要求的一致，也就是说，在中心线发生偏差时，应考虑梁柱节点的内应力和结构。如果偏心度太大，也就是超出了这一方向的1/4，可以采用横向加腋等方法。加腋后的梁在计算剪压比和受弯承载能力时，应忽视加腋部分的有利作用，避免造成计算误差。
5.3 房屋构架中板设计
从实际情况来看，在施工过程中，板料是施工中最易发生问题的地方，因此，为了确保工程的质量和安全，必须对其进行合理的设计。首先，在实际中，可以选择10cm、12cm、14cm、15cm、16cm、18cm，钢筋的间距可以增加，但不能超过20cm。在此基础上，在设计时，应选择与板下的钢筋间距一致。其次，虽然在设计中，每一种钢筋都可以按照不同的位置来选择，但也要防止钢筋太大。如果因设计要求而导致板上筋较大，那么在选用板时，一定要注意其跨度也要相应地增大。
5.4 节点箍筋控制
在进行框架结构的优化设计时，应严格按照现行规范和规范的要求，对各构件的箍筋比例进行合理的调整，以防止出现不必要的问题。在此基础上，应确保柱箍筋的加密区不大于柱净高的1/3。
5.5 优化计算参数
根据现行抗震设计规范的要求，在计算框架结构的有关参数时，要充分考虑其所处的震区划分，以保证基础地震加速度的合理、切实可行，进而改善整个结构的抗震性能。如果框架中有填充墙，则会导致结构的刚度超出理论分析值，从而降低了计算的地震影响，增加了框架结构的不稳定性。为了防止这种情况，设计者要根据墙体的特性，对其进行合理的周期折减系数，其取值范围为0.7～0.9。在结构的最优设计中，应充分考虑最不利位置的变化荷载，从而避免了计算结果的巨大误差。在进行框架结构的计算时，需要考虑到梁的刚度放大系数，为了保证结构的安全，应该适当地选取中梁[4]。
5.6 剪力墙底部加强设计
由于剪力墙底板的存在直接关系到整个工程的抗震能力，因此在建筑框架结构设计中起到了很大的作用。因此，需要在剪力墙的基础上进行加固，通常是剪力墙的1/8，如果剪力墙受到的剪力比较大，则超过150 m，这时应采取1/10的剪力墙进行加固。同一时间。在钢筋混凝土柱的连接部位，是一种非常重要的抗震构件，其基础的设计是否合理直接影响到其结构的受力和抗震性能。首先，把剪力墙的边角磨平，用清水冲洗干净，然后对单根立柱进行加强。其次，进行支撑，加强立柱的基坑，一般在地面约40 cm处，然后把钻孔冲洗干净，然后把它顶进去。最后，在混凝土中加入坚硬的石头，进行加固。
5.7 装配式混凝土框架结构的优化设计
1）对框架结构中支管的优化设计，在实际施工中，由于安装式混凝土框架结构中，支管插入的角度和高度都会因施工的不同而不同，所以对模板的选择也相对较高。在施工中，各种不同的施工工艺参数和不同的计算方法都不一样，其计算结果也会有所不同，所以在施工中，要在保证工程质量的前提下，不断地简化各种模块的设计，拓宽各种模块的使用范围，减小设计变量，提高其使用价值，降低其设计变动，达到节约能源，节约能源的目的。
2）对混凝土框架结构的检测井进行了优化，在传统的建筑施工中，由于涉及到各种不同的构件，所以在设计时要充分考虑到检测井的设计和安装位置，必须保证常规的砖砌检测井的使用和使用效果，但在实践中，施工方法比较复杂。目前，施工中普遍采用的方法是根据施工实际，不断地调整施工方案，充分考虑到砌砖井和预制井的实际作用，减小施工中混凝土模块的调整和变化，同时保证施工质量，同时尽量减少在预制井施工中使用的模具，提高施工的整体工作效率。
5.8 避免过多的短柱
由于短柱自身的抗震能力不强，如果发生在框架结构中，很可能会影响到结构的整体稳定与安全。这里要特别强调的是，在框架结构设计中，由于平台梁的存在，会造成短柱的产生，因此，必须严格按照现行的抗震设计标准，对其进行加固，提高其抗震能力，可以采用复合螺旋箍筋、分体柱、钢筋混凝土柱和钢管混凝土柱。同时，若一层全部框架柱都是短柱，并且柱间刚度比较均匀，则可确保结构的稳定，无需特别处理[5]。
随着我国经济的快速发展，建设事业得到了快速发展，市场需求也越来越大。因此，对建筑结构设计进行深入的探讨，以达到更好地适应建筑市场的需要，从而达到更好的效果。通过对建筑结构进行合理的分析，可以使建筑质量得到改善，抗压强度和稳定性能得到改善，进而推动我国建筑业的健康发展。
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