建筑框架-筒体结构刚性加强层设计分析

赵华琪

九易庄宸科技（集团）股份有限公司，河北 石家庄 050000

建筑框架-筒体结构是施工中常用的建筑结构模式，通过混凝土墙板来代替传统的框架结构，这种结构承受力更强，内部应载力更强，因此可以维护结构体系的稳定。作为一种特殊的建筑结构，框架-筒体结构对于建筑物的稳定性影响较大。在水平结构和竖直结构上，框架筒体的承受力更强。建筑施工中需要对框架筒体的结构进行优化，提高框架筒体的稳定性，以此提高建筑物的稳定性能。

1 框架-筒体结构的应用与特性

框架-筒体结构在平面上有各种形式，文章主要讨论筒体布置在框架柱以内的矩形框架-筒体结构，其他形式的框架-筒体结构的有关特性也是相似的。

以往，框架-筒体结构由于墙体较多，柱子又大又密，柱子突出墙面，影响了内部设施的布置，也限制了这种结构类型的应用。通过近几年我国高层建筑的建设，特别是高强混凝土的采用、水平楼面构件的研究和轻型建筑墙体的发展，框架柱网尺寸可以做到8～12m，框架-筒体结构柱网布置能做得更加合理，对于我国大多数18～33层的高层建筑，框架-筒体结构不失为一种不错的结构类型。从我国已经建成或设计的框架-筒体结构来看，建筑高度许多已突破了《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010），因此，下次修订规程时，建议房屋适用最大高度酌情提高。

框架-筒体结构的柱子围绕中央筒体周边布置，特别是当柱距较小，外框柱的周边梁断面足够大时，其又会有筒中筒结构外筒的特性，如柱的剪力滞后效应。但由于框架-筒体结构的柱距较大，框架柱与筒中筒结构的外筒受力特性有较大的不同，筒体本身承担的弯矩比柱本身大得多。框架柱布置在筒体的周围，外部弯矩通过水平构件如框架的梁板的剪切刚度，使柱子正面受拉、背面受压，来平衡一部分弯矩。框架柱离筒体越远，框架梁板刚度越大，平衡的弯矩比例也就越大，有时甚至能够达到50%左右。作用在框架-筒体结构上的扭矩主要按照结构各构件的抗扭刚度来分配，如果框架柱断面足够大，离结构的剪切中心较远，框架柱也能提供较大的抗扭力矩。

2 框架-筒体结构设计要点

建筑框架-筒体结构中存在很复杂的设计问题，直接关系到建筑工程的安全性和稳定性，为此相关人员要加强施工质量控制，对相关问题进行处理。

2.1 提高框架部分抵抗水平力的能力

框架柱在筒体的外面，且建筑物的外形是由框架柱决定的，最外层框架柱离筒体越远，框架梁的刚度越大，框架部分承担的由水平力产生的弯矩的比例也越大，这也是保证高层建筑稳定的必要条件。因此，在可能的条件下，框架柱应布置得离筒体远一些，或者布置2层或多层框架。为了加强框架梁的刚度，应保证框架梁有一定高度，楼盖采用刚度较大的肋形楼盖。对于目前出现的扁梁做法、板柱-筒体结构体系，如果是从提高框架部分抵抗水平力的能力这个角度来看，作用较差，特别是板柱-筒体结构，其抵抗水平力主要靠筒体，在可能的条件下，至少应布置外框环梁。

2.2 加强框架与筒体部分的联系

因为框架侧向刚度要比筒体差得多，所以加强它们的联系不如在筒中筒结构中加强外筒与内筒联系的效果明显，目前大多是用设置加强层的办法。框架筒结构设计如图1所示。

图1 框架筒结构设计

2.3 加强内部框架的承载力

为了加强框架的负载能力，建筑结构加强层部分设计主要是从加强层弯度和矩形受力分析的视角上进行调节与控制。加强层在建筑结构中的作用主要是增加支撑结构的承载能力，避免局部损耗坍塌或者钢结构支撑体受力不稳的问题，因此在建筑结构加强层设计期间，自然也需要按照加强层的区域的不同，对应给予不同程度的梁高调整。例如，某建筑加强层部分梁高为3300mm，支撑梁有8～10根，则进行加强层设计时，建筑中心和4个边角部分的加强层数应为2～3层，而其他连接部分的加强层为1～2层即可。也就是说，按照建筑结构设计的具体需要，针对性进行加强层部分的调节与控制，不仅能够实现加强层设计结构的均衡性调整，还可以减少建筑项目规划中的材料应用数量。

在选择钢筋时，需确保钢筋没有出现拉伸、冷弯等情况，因为钢筋的硬度直接关系到建筑框架-筒体结构的强度，所以在检查钢筋时要足够严谨，确保钢筋材料的质量达标，只有满足要求的材料才能入场工作。很大程度上，钢筋的存在就是为了实现建筑框架-筒体结构的稳定，因此做好钢筋交叉点的固定，关系到建筑框架-筒体结构的抗震性能以及稳定性。在钢筋绑扎完毕之后，不宜将端口暴露在外，而是要进行一定的外部保护，因此施工人员需要意识到，钢筋的外包保护将会对钢筋的稳定性产生影响，在加固时需要防止外部人员踩踏导致钢筋变形。因为钢筋加固是一项比较复杂的工序，所以在施工时需选择有施工经验的以及专业技术过硬的人员来操作，尽量提升钢筋的稳定性，这样能在更大程度上提高钢筋的质量，对于建筑框架-筒体结构来说至关重要。

2.4 做好框架-筒体结构防线测量设计分析

筒体结构刚性加强层设计中做好防线测量是为了得到准确的数据，测量一般都要对施工地点进行考量，结合设计图纸进行安排，同时要对数据进行核对，提高精确度是测量的关键。防线测量要根据设计图纸和现场布局来科学合理使用仪器，在测量时要做好轴线测量，做好标注，以为日后的工作提供保障与方便。筒体结构在进行防线测量时，需使用的机器类别很多，而防线测量误差的产生多是因为防线测量的机器发生了故障或者不准确，因此在对防线测量的精确度提出更高要求时，也应该对防线测量的机器提出更高的要求。筒体结构刚性加强层设计中，限制测量精确度的一个因素还有测量的技术，测量技术的不精确性会导致对机器的误用，甚至会对测量的机器造成损坏。为了提高测量的水平，可以引进国外先进的测量技术，将理论与实践相结合，升级、优化测量技术。

2.5 做好支撑柱结构设计分析

支撑柱是建筑框架中纵向力支撑与防护的主要渠道，主要利用了钢结构体系框架的垂直结构负荷分析状况，对建筑结构的设计稳定性进行强度调控。为确保建筑结构的支撑体保持在稳妥的结构调控状态下，设计人员首先要对支撑柱结构层面进行要素的把握。进行支撑柱结构调控时，设计人员应按照建筑原有结构进行结构图规划，在确定原有建筑结构平稳的状态下，适当增加或者降低支撑柱的高度，以保持剪力结构与纵向支撑体之间受力协调的状态。

3 结束语

综上所述，刚性加强层设计技术在不断发展，在此过程中建筑框架-筒体结构技术也在不断进步。通过优化刚性加强层设计，减少建筑框架-筒体结构中的一些缺漏，精确结构设计数据等方式，可以在很大程度上提高高层建筑结构设计的质量，提高建筑的强度，推动建筑行业的发展。目前的技术条件下，建筑框架-筒体结构还有很大的发展空间，对技术的优化是建筑行业发展的关键，因而优化框架-筒体结构的结构建筑技术，还有很长的路要走。