刍论建筑框架结构设计要点

韩淑赟

【摘要】文章主要对建筑框架结构设计进行了相关阐述，并且分析了概念设计，以及设计构造过程中出现问题的解决方法，希望可以通过本文给广大设计工作者提供借鉴。

【关键词】框架结构设计 原则 问题

一、框架结构设计原则

1、刚柔并济合理的建筑结构体系应该是刚柔相济的。结构太刚则变形能力差，强大的破坏力瞬间袭来时，需要承受的力很大，容易造成局部受损最后全部毁坏；而太柔的结构虽然可以好的消减外力，但容易造成变形过大而无法使用甚至全体倾覆。结构是刚多一点好，还是柔多一点好？刚到什么程度或柔到什么程度才算合适呢？我个人认为刚多点使工程不经济，造成造价过高，而且应变能力差。柔多一点虽然造价便宜但是必然产生变形以适应外力，太柔的结果必然是太大的变形，甚至会导致立足不稳而失去根本。这些问题历来都是专家们争论的焦点，现今的规范给出的也只是一些控制的指标，但无法提供精确答案。

2、多道防线

安全的结构体系是层层设防的，灾难来临，所有抵抗外力的结构都在通力合作，前仆后继。这时候，如果把"生存"的希望全部寄托在某个单一的构件上，是非常非常危险的。如土建结构中多肢墙比单片墙好，框架剪力墙比纯框架好等等，就是体现了多道防线的设计思路。

3、抓大放小

在框架结构结构体系中具有"强柱弱梁"、"强剪弱弯"等的说法也是钢筋砼框架结构设计中非常重要的概念。有人问：为什么不是"强柱强梁""强剪强弯"呢？为什么所有构件都很强的结构体系反而不好，甚至会有安全隐患呢？这里面首先包含着一个简单的道理：绝对安全的结构是没有的。简单地说，虽然整个结构体系是由各种构件协调组成一体，但各个构件担任的角色不尽相同，按照其重要性也就有轻重之分。一旦不可意料的破坏力量突然袭来，各个构件协作抵抗的目的，就是为了保住最重要的构件免遭摧毁或者至少是最后才遭摧毁，这时候牺牲在所难免，让谁牺牲呢？明智之举是要让次要构件先去承担灾难。"宁为玉碎，不为瓦全"，如果平均用力，可能会"玉石俱粉"，损失则更大矣！在钢筋砼框架结构中，柱倒了，梁会跟着倒；而梁倒了，柱还可以不倒的。可见柱承担的责任比梁大，柱不能先倒。为了保证柱是在最后失效，我们故意把梁设计成相对薄弱的环节，使其破坏在先，以最大限度减少可能出现的损失。

4、打通关节

理想的结构体系当然是浑然一体的--也就是没有任何关节的，这样的结构体系使任何外力都能迅速传递和消减。基于这个思路，设计者要做的就是要尽可能地把结构中各种各样的关节"打通"，使力量在关节处畅通无阻。中医上云："通则不痛，痛则不通"，结构就像一个人，气穴若不能畅通，症结和隐患就会产生。在设计的四项基本原则中，"刚柔相济"，"多道防线"，"抓大放小"是设计概念中的战略问题，但要想得让这些战略思想得以实现，靠的是"打通关节"这个原则作为保证的，结构设计的具体操作，最后全都归到"打通关节"的贯彻和实施上来。 打通关节保持平衡的目的其实就是使其永远处于原始的静态，当力量不能畅通时，构件与构件之间，构件的组成元素与元素之间的静态平衡一旦被破坏，结构变成机动，"动"即是死，即为终结。可见设计者是协调者，其任务是让所有互不相关的静态构件相聚之后依然处于静态（也就是使其保持常态），或者是处在相对的静态之中。其实处理和成就世间万物，必须使动为动，静为静，才能平衡；必须动者动之，静者静之，才能持久；必须知其本源，施以规则，顺之导之，才能达至繁荣昌盛。

2、从概念设计上应解决的问题

1）"强柱弱梁"节点的控制措施。我们强调的强柱弱梁节点的作用是为了在碰到罕见的大地震时，可以让梁端在外力作用下形成塑性铰，柱端不屈服，并且还可位于非弹性的状态，节点仍然可以在弹性的状态当中。设计经验告诉我们，在建筑结构许可的情况下，应该要把柱的截面尺寸尽可能做大些，让柱的线刚度要比梁的线刚度之间的比值大于1，柱子的轴压比一定要满足规定的规范。在设计中要充分注意节点构造，尽量让塑性铰要向着梁跨内移。强柱弱梁节点问题的解决是至关重要的。

2）"强剪弱弯"的实施。保证构件延性，防止脆性破坏是建筑框架结构设计的重要环节，而保障这个环节的主要措施就是"强剪弱弯"的实施。"强剪弱弯"主要是为了在结构部件遭遇强大的罕见地震时，可以保证脆性剪切不会失效。

3、设计构造中的常见问题及处理措施

3.1 严格控制框架节点核芯区箍筋配置

设计人员应该严格按GB 5001 1-2010建筑抗震设计规范中的规定来控制框架节点核芯区配箍特征值及体积配箍率，这方面很多设计者往往会忽略，特别是不能满足对柱轴压比不大时（这个规定是为了保证节点核芯区延性的重要构造措施）的要求。对于这一点问题设计者以后应该充分考虑到，以防止出现不必要的损失。

3.2 底层框架柱箍筋加密区的范围不能满足

在设計中，设计人员要留意在GB 50011-2010建筑抗震设计规范中有规定："底层柱，柱根处箍筋加密区的范围应不小于柱净高的1/3"，这是一新增加的规范要求，大多设计者可能都不太了解，以后设计过程中应该注意这个问题的解决。

3.3 框架梁上部纵筋端部水平锚固长度不能满足

GB 50010-2010混凝土结构设计规范中有规定："框架端节点的地方，一旦框架梁上部纵筋的水平直线段锚固长度不足的时候，应该向下弯曲并且伸到柱的外边，控制好弯折前水平投影的长度一定要等于或者大于0.4L E"，一旦框架柱的截面尺寸在400 mm×400 mm以下的时候，框架梁就易出现问题，这就会埋下一个很严重的安全隐患。

对于以建筑框架结构设计中出现的问题，往往是设计者忽视的问题，只要设计者在设计之初能够做好前期准备，重视这些问题，并按照国家规定来设计建筑，那么上述问题也就会随之消失，建筑框架的结构也就会符合标准。

4、结语

文章主要阐述了建筑框架结构设计遵循的原则，从概念设计和构造设计方面分析了框架结构设计中存在的问题，并提出了解决对策与处理措施，从而保证框架结构设计满足规范要求。自改革开放以来，我国经济高速发展，建筑设计水平也在逐年提升，随着建筑造型和建筑功能要求日趋多样化，这就要求建筑框架结构设计在遵循原则下有更高层次的水平来满足这些要求。

综上所述，随着经济发展，我国的高层建筑数量必然会继续上升，但从建筑质量安全的角度来讲还需要引起重视。在高层建筑结构设计中要牢牢把握新时代的发展趋势以及结构设计的新规范，做出合理的方案选择，提高实际建筑的安全性能。工程设计人员要不断革新自我的设计意识和理念，用认真负责的态度进行建筑结构设计，结合自身工作经验，明确高层建筑结构设计的需求，设计出安全、出色，具有优秀品质的高层建筑。

参考文献：

[1] 陈翠荣.框架结构设计中应注意的几个问题[J].山西建筑，2007，33（4）：58-59.