建筑框架结构设计的原则及设计方法

建筑框架结构设计的原则及设计方法【摘要】随着我国建筑行业的不断发展，当前钢筋混凝土组合结构在建筑行业中得到了广泛的应用，满足了人们对建筑造型和功能日趋多样化的要求，随着这一建筑技术应用范围的增大，应用过程中也开始逐渐出现各种问题，这其中大部分问题都出在建筑框架结构设计方面。对此，本文将简述框架结构设计的原则，分析多层钢筋混凝土框架结构设计的方法。【关键词】建筑框架；结构设计；原则；方法框架结构是当前建筑应用最广泛的结构之一，利用框架结构可以最大化地保证建筑内部的可使用面积，还能够节约材料，有效减轻自重，更重要的是建筑框架的抗震性能良好，可以满足复杂条件下的使用需求。建筑框架结构设计是建筑工程的重点，也是难点，只有确保建筑框架结构的设计才能够保障项目的安全和质量。1框架结构设计原则框架结构是指由梁和柱刚性连接而成的承重体系，这种承重体系不仅要承受来自建筑物外部的作用力，还要承受内部的荷载。而框架结构的房屋墙体并不承受重量，仅仅起到了分隔的作用。作为受力的主体，一旦框架结构在设计上出现问题，整体建筑的稳定性就得不到保证，为建筑物的使用者带来了巨大的隐患。1.1刚柔并济建筑物的刚性和柔性是不可调和的两个方面，刚性越大则柔性越差，柔性越大则刚性越差。在自然环境下建筑物框架结构设计需要考虑到的因素有很多，刚性可以满足建筑物在绝大多数情况下的需求，但是在较强的外力作用下，刚性太强意味着变形能力差，无法抵抗建筑物的形变，在外力作用下整个建筑物会出现整体倾覆的情况。因此在设计的过程中还是要注意刚柔并济的原则，虽然柔性建筑可以在一定程度上降低施工成本，但是却很容易在日常使用过程中产生形变，影响建筑物的正常使用。在设计的过程中要兼顾刚性和柔性，在刚性和柔性之间找到良好的平衡，从而确保建筑物的稳定性和安全性。1.2多道防线建筑物的稳定性依靠的不是某一结构，而是整体的作用。因此在设计的过程中要树立多道防线的原则，避免某一结构承重过大，要让整体建筑所有的结构都能分担外力。鸡蛋不能放在同一个篮子里，因而土建结构中多肢墙比单片墙好，框架剪力墙比纯框架好，体现的就是这一原则。1.3抓大放小在建筑框架结构的设计中我们经常可以见到“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等说法，刚性较强的柱子要搭配较弱的横梁，这是因为如果所有的构件都很强，这种结构体系是存在安全隐患的。在建筑框架结构的设置上是没有绝对安全的结构的，组成同一结构的各个构件担任的角色不同，功能不同意味着其重要性也有主次之分。一旦遇到意外情况，各个构件之间虽然能够协作抵抗外力，但是为了最大程度保证整体建筑的稳定性，必须要保障重要的结构在最后才遭摧毁，而次要的构件要先去承担最大的外力。因而如果建筑物的柱子刚性很强，在强大外力的作用下首先损坏的是建筑物的横梁，而柱子还能够对整体结构起到一定的支撑作用。如果首先损害的是建筑物的柱子，整体结构就会瞬间倒塌，横梁也就不复存在，由此可见在建筑物的结构中柱承担的责任是比横梁要更大的，因而设计的过程中要保证柱子是在最后倒塌，而横梁起到了吸收作用力的作用，可以减少作用力对于柱子的破坏。如果柱子和横梁是同样的结果，只会产生玉石俱焚的效果。因此在建筑物的设计过程中还要坚持抓大放小的原则，即有的结构是可以舍弃的，只有分清了主次才能最大程度上保证建筑物的稳定性。1.4打通关节在理想的设计状态下，建筑物框架结构体系应该是浑然一体的，在遭受任何外力作用时都能够迅速将外力传递到整体建筑物的各个部分，由各个部分将外力分散和吸收，从而充分保证整体结构的稳定性，这就是建筑框架结构设计中的打通关节一说。所谓的打通关节指的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。建筑物的结构之间没有相互的活动，建筑物的稳定性自然得到了保障。而如果建筑物的结构之间可以相互运动，势必意味着建筑物中存在着裂缝，裂缝一旦出现整体建筑的强度就会大打折扣，给建筑物的使用者带来潜在安全隐患。2多层钢筋混凝土框架结构设计方法2.1强柱弱梁强柱弱梁是建筑物框架结构设计的常见形式，这种设计方式的目的是为了在地震等极端情况下建筑物的横梁结构能够产生一定程度的形变而不危害建筑的整体结构。这样在地震情况下建筑物可能出现短暂的左右摇晃，但是不会产生拦腰折断的情况。如果外力超过了建筑物的最大成熟值，力的作用首先会显现在梁上，超过了塑形限度，梁会产生裂缝，最终只是露面坍塌。而力的作用经过了梁的削弱，直接作用在柱上的作用力较小，对于刚性较强的柱造成的损害也较轻。柱没被损坏，整个建筑的整体形状就还能够保持，避免了整体覆没的情况。2.2保证构件延展性，避免构件脆性被破坏在进行建筑物框架结构设计的过程中，一定要保持构件的延展性，避免构件脆性破坏。设计过程中要对主要的承重梁和承重柱进行抗剪验算，保证框架能够符合有关的标准规范。结构延展性的提高能够保证建筑物在外力的作用下不断裂，这一功能主要是由钢筋实现的，这样在地震中才能承受更大的形变而保证建筑物的安全。2.3框架的构造措施以大跨度的建筑框架结构设计为例，如鸟巢这样的建筑，楼梯间处的平台梁是直接与外部框架结构相连接的，由于楼梯占地面积小，因而一层楼的楼梯多设计为回折结构，这种情况可能会导致楼梯间的框架柱变成短柱，就需要采用箍筋全高加密的方法以保证楼梯间处柱和梁的强度。如果建筑框架外立面有带形窗的时候，由于会设计连续的窗过梁，这可能会使得外框架柱变成短柱，这时候需要加强其构造。建筑物外部形状会直接影响内部的结构，很多时候框架都会因为温度的作用而产生裂缝，并且随着建筑使用年限的增长而由表及里的逐渐破坏。为了避免这种情况，可以在墙面适当的设置伸缩缝以抵消温度对混凝土结构的影响，保证整个框架结构构造的稳定。2.4计算简图事项框架结构在进行施工之前会经过计算过程，而计算结果的好坏与简图选取息息相关，如果简图的选取工作做到不到位，按照计算的结果进行施工势必产生重大质量问题。以框架结构基础梁的设计为例，在基础梁的处理过程中，框架结构基础梁的设计需要在基础高度范围之内，这个高度范围实际上指的是基础顶面到一层楼板底面之间的高度，其荷载来自于上部墙体，但是拉梁的配筋以及断面要能够根据构造设计，其截面的高度大约为柱中心距的1／12～1／18，其纵向受力钢筋的拉力大约为与其相连的柱体最大轴力设计标准的十分之一。使用计算简图的过程中最容易忽视的就是电梯井的数据，虽然有规定电梯井的井壁要尽量避免使用钢筋混凝土，但是如果使用了钢筋混凝土作为井壁，计算简图的过程中就要使用实际数据来确定混凝土井壁的框架。3小结建筑框架结构的设计涉及到多种方面的因素，如果忽视了某方面的问题或者在计算过程中出现了偏差，在最后建筑物的建设过程中就会体现为整体结构的失衡。当然这种失衡在建设过程中也可能没有得到体现，但是在长期使用过程中势必会慢慢显现，带来极大的不安全因素，对此设计人员在进行建筑框架结构设计时一定要秉持相关的设计原则，确保设计施工图纸的完善，以更加细致的工作态度来保证框架结构的安全和质量，提供给用户以更好的体验。【参考文献】[1]罗颉.建筑工程框架结构设计的重要原则和设计方法[J].建筑工程技术与设计,2015,(9):560-560.[2]赵静依.工业厂房钢筋混凝土框架结构设计[J].中国新技术新产品,2012,(12):196-196.[3]李峰.广义的性能化结构加固设计方法研究[J].工程抗震与加固改造,2013,35(2):104-109,120.