试论建筑框架结构设计问题与优化策略

文/卢鹏 内蒙古华讯工程咨询监理有限责任公司 内蒙古牙克石 022150

框架结构具备效率高、成本低、可实现规模化施工等特点，这使得其在我国建筑领域有着较为广泛应用，并能够实现分隔空间的灵活布置。但结合实际调研可以发现，建筑框架结构设计很容易在抗震设计、异型柱框架结构设计等方面出现问题，而为了尽可能解决这类问题，满足我国建筑业发展需要，正是本文围绕建筑框架结构设计问题与优化策略开展具体研究的原因所在。

1、抗震设计问题

1.1 常见问题

抗震设计属于建筑框架结构设计的重点环节，抗震设防系数较高地区需在抗震设计中投入更高精力，如我国西南地区便需要针对性选用抗震技术开展建筑框架结构设计。近年来高层建筑在我国各地大量涌现，建筑框架结构设计也因此面临着新的挑战，但结合实际调研可以发现，部分高层项目设计师并未在抗震设计层面投入足够重视，虽然设计的稳定性和安全性可满足现行规范，但框架结构很容易地震灾害出现失稳，这显然会威胁使用者的生命财产安全。由于缺乏对抗震的充分考虑，剪压比偏高、柱截面高度与宽度设计不当的情况也较为常见，结构延性因此受到的影响必须得到重视，在箍筋约束缺乏、纵筋扭曲下，柱端很容易因此被破坏[1]。

1.2 优化策略

为有效解决建筑框架结构设计中出现的抗震设计问题，必须优化相关计算参数，并严格遵循现行抗震设计规范。在抗震设计的参数计算过程中，建筑场地抗震设防系数必须得到明确，并保证基本地震加速度的取值合理，以此保证框架结构整体抗震性能设计合理。如建筑框架结构设有填充墙，计算求得的地震作用效应往往会偏小，这是由于结构刚度超过理论计算结果，并最终会导致结构不稳定性提升。为避免这类问题出现，结构周期折减系数的合理选择必须得到重视，并结合墙的性质确定系数取值，一般取值范围处于0.7～0.9区间。此外，可变荷载最不利布置问题也需在建筑框架结构设计中得到重视，以避免计算结果因此出现偏差，配合梁刚度放大系数的合理选用，即可更好提升建筑框架结果抗震性能，一般中梁、边梁应分别取2.0、1.5。

2、计算模型问题

2.1 常见问题

建筑框架结构设计很容易在计算模型方面出现问题，如基础宽度不足、分析软件应用不当、绘图存在缺陷等，具体问题表现如下：（1）基础宽度不足。建筑框架结构中的条形基础应用广泛，但由于设计过程中存在力学模型应用不恰当问题，条形基础的宽度很容易出现不足问题，框架结构的整体稳定性往往会因此受到较为负面影响。此外，局部基础宽度不足也属于较为常见的设计问题，这一问题同样需要得到重视。（2）分析软件应用不当。围绕建筑中所有梁柱参与受力开展的计算在设计中较为普遍，但对于无主次之分的梁来说，单纯围绕调整梁扭转刚度基础开展的计算往往会忽视楼板的约束作用，计算模型与实际受力将因此出现较大差异。（3）绘图问题。在绘制梁的配筋平面施工图过程中，部分设计师会出现单以配筋简图为依据的问题，由于缺乏相关资料支持，框架结构设计很容易因此出现加密区外箍筋抗剪强度不足问题，并最终影响结构安全性，这类问题必须在设计中得到避免[2]。

2.2 优化策略

为解决上述问题，实现建筑框架结构设计的优化，设计师必须合理选择分析软件，并合理设计梁柱中心线，具体策略如下：（1）分析软件选择。为满足建筑框架结构设计需要，ABAQUS、PERFORM-3D、SATWE等设计软件的合理选用必须得到重视，其中ABAQUS可较好满足复杂的空间问题处理，并在非线性计算层面具备显著优势；PERFORM-3D则能够较好计算重力二阶效应，配合其具备的建模功能，即可较好模拟梁、柱单元；SATWE可实现对框架结构梁、柱的模拟，在空间杆件支持下，还能完成实际受力状态模拟，这同样能够为设计优化提供支持。（2）梁柱中心线设计。作为建筑框架结构设计优化的关键，必须重点关注梁、柱中心线优化，以此严格遵循现行规范标准规定，保证二者中心重合，如出现偏移，则需考虑构造及受力的影响，必要时可采用水平方向加腋的方式进行处理。值得注意的是，在采用加腋处理后，对受弯承载力及剪压比的验算必须忽略处理带来的有利影响，否则将导致验算结果的准确性受到影响。

3、异型柱框架设计问题

现代房屋建筑的复杂程度不断提升，异型柱框架结构也因此大量涌现，但结合实际调研可以发现，异型柱框架设计往往会面临结构各个部件相互协调问题，建筑结构的牢固性、稳定性很容易因此受到影响。为解决异型柱框架设计问题，设计需明确关注异型柱框架复杂问题的优化，通过整理复杂的设计问题，将其简单化，并重点关注结构体系、房屋形体、刚度的平衡，最终实现整体的协调性，满足各类规范要求。具体设计可采用“多道设防”的方法，并重点改进配筋，异形柱横、竖向柱肢的钢筋设置需得到重视，对称配筋可能出现的一排无法正常下放问题也需要针对性解决。此外，异形柱核心区箍筋相交处的主筋设置较为关键，配合针对性的抗震设计，即可更好满足设计优化需要。

结论：

综上所述，建筑框架结构设计优化存在较高现实意义，在此基础上，本文涉及的抗震设计问题、计算模型问题、异型柱框架设计问题等内容，则提供了可行性较高的建筑框架结构设计优化路径。为更好保证建筑框架结构设计质量，设计师必须积累和总结实践中的各种经验，并基于持续化的探索和研究，不断提升自身框架结构设计水平，满足我国建筑业的发展需要。