浅析建筑框架结构的设计要素

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  【摘 要】 建筑框架结构设计的要点比较多,既涉及到地下部分,又涉及到地上部分,相关要点的分布也比较广,既有主体框架,又有一些小的细节,因此,在具体的设计中,一定要针对所有相关问题进行全盘性的考虑,以保证建筑框架结构设计的实效性。
  【关键词】 建筑;框架结构;设计要点
  一、前言
  现代建筑业的快速发展使得建筑特点多元化,对设计和施工也提出了更高的要求,尤其是建筑的设计和施工越来越受到重视。框架结构由于具有灵活的空间分隔性以及较好的抗震性能等优点而逐渐成为我国建筑业最受欢迎的结构形式之一。由于它的普遍应用性和多种优势使得框架设计成为最基础和最重要的设计课题。因为当前建筑框架结构设计多采用电脑辅助设计,很多问题在设计过程中被忽视,存在一定的安全隐患。尤其要注意短柱、基础联系梁和结构薄弱层等的一些设计问题,以及注意在砌体填充墙和中心线等问题上精细设计,以保证建筑物的结构安全和抗震性能。
  二、框架结构的构造理论
  1、梁。首先要按照构造要求选择梁高;按混凝土结构规范GB20010-2010设计协调扭转构件,計算内应力要考虑抗扭刚度下降和构件开裂所产生的内应力重新分布问题。分析并确定抗扭纵筋和箍筋,满足混凝土规范规定的最小配筋要求;建筑工程框架结构应选用双向梁柱刚接体系,部分框架的横梁也可以搭在另外的框架上;梁或过梁的截面较大时,要计算最小配筋率;采用井字梁时,如果梁的自重大于板自重,那么梁自重不可忽略。
  2、柱。框架结构柱的高宽比一般可取1/10~1/15,柱子的轴压比要满足规范要求;在柱长度系数确定的过程中,要有效控制误差;若柱梁刚度比过大或过小,则偏不安全;若柱间跨度不等、竖向载荷分配不均则误差较大;框剪结构中由于层间位移不同,可能导致较大误差;框架结构的梁、柱所用的混凝土强度等级应相差一个等级。
  3、板配筋。单向楼板厚度为短边的1/35,双向板厚度为短边的1/40,悬臂板厚度为悬臂长的1/12。钢筋要优先选择三级钢筋,这样既可以方便施工又可以节约造价,安全性也高。跨度在2米以下的板上部和顶层及考虑抗裂时,板上的钢筋可以不断开。
  三、建筑框架结构的设计要点
  1、避免短柱问题。短柱现象在框架结构设计时应当引起足够重视,要尽量避免。在建筑框架结构设计中,对于楼梯间的休息平台梁,或者由于楼层高低等因素而导致的短柱现象经常出现。短柱的抗震性能比较差,影响建筑物的整体抗震性能。但是,如果不可避免的出现了短柱,该如何解决呢?首先,短柱出现后要按照《建筑抗震设计规范》来进行局部加强,以提高短柱的抗震性能;其次,若在同一楼层出现了短柱,如果各短柱间刚度分布均匀且相差不大,则可以认为此结构抗震性能是能够得到保证。
  2、中心线要符合标准。中心线就是指在框架梁和柱的中心的那条标准衡量线,此中心线在设计时要严格符合设计规范,两个中心应该尽量重合。若中心线出现偏移,那就需要分析偏心对框架梁和柱的节点核心区受力和构造会产生怎样的影响。同时,将框架梁上的荷载对柱的偏心影响考虑在设计中。首先,当偏心距大于该方向上柱的宽度1/4时,那么可以在梁的水平方向采取加腋的措施来处理;其次,若框架梁和柱偏心小于该方向柱的宽度的1/4时,可以用梁水平腋的方法来处理。但是,加腋后的梁在验算剪压比和受弯承载力时一般不会将部分截面的有利影响计算在内。
  四、框架结构建筑的设计问题及处理
  1、基础联系梁设置问题。当基础埋置深度比较深时可以采用基础联系梁来减少底层柱的计算长度。按照±0.000的标准设置联系梁,且联系梁要按一层框架梁来进行设计,而联系梁以下的柱按短柱来处理。首先,根据建筑物抗震性能要求,可以沿着两个主轴方向设置和构造基础联系梁,截面高度可以选取柱中心距的1/12-1/15,在构造基础联系梁纵向受力钢筋时,可以按照连接柱的最大轴力设计值的1/10作为压力或者拉力计算,并满足构造配筋和最小配筋率;其次,当联系梁上存在填充墙或楼梯柱传递的荷载时,要与连接柱的最大轴力设计值的1/10进行叠加计算,其联系梁截面增加得出的配筋要满足受力和构造配筋的要求。在施工过程中,将基础联系梁下方与柱底部大放脚台阶或锥形斜坡间的空隙用混凝土浇筑,使其与基础顶面平齐,然后浇筑基础联系梁。
  2、薄弱层的处理。薄弱层首先应尽量在设计当中避免出现,最直接方式的就是加大柱或梁的薄弱层截面。在条件允许的情况下,可以通过改变薄弱层所在构件的高度或者减少基础埋置深度的方法来降低薄弱层的影响。如果薄弱层的出现不可避免,那么,结构计算和施工图需按照建筑抗震的设计规范来采取相应措施,即要对该层地震剪力乘以1.15来放大系数,同时验算框架结构的楼层屈服强度系数。
  3、短柱。短柱是指在框架结构中,柱的净高与截面之比≤4或者柱的剪跨比≤2为短柱。由于短柱的受剪切承载力和抗变形能力较差,所以它在地震的作用下易脆性破坏并引起建筑物的严重破坏,在建筑框架结构设计中要尽量避免短柱现象。
  短柱的处理方法:使用复合箍筋(箍筋沿柱全高加密)以保证短柱纵向钢筋的对称布置,其中每侧的配筋率不宜>1.2%。同时,用外包钢板和配X形钢筋两种方法也可以处理短柱现象。
  五、建筑框架结构设计中的优化方法
  1、基础平面图和详图设计优化方法。对于柱下扩展基础宽度比较宽,地基出现不均匀或是较软的时候,就要使用柱下条基了。但与此同时,要注意考虑到节点处,基础底面积在双向使用的时候,可能带来的不利因素,因此要适当的加宽基础,以避免不利现象的发生。当基础下面出现防空洞、枯井等情况时,要采取一些积极有效的措施从上面跨过去,比如大多数设计师会选择做一个厚板。
  2、梁详图设计的优化方法。对于梁上有次梁的,包括挑梁的端部,要附加箍筋或者是吊筋,一般情况下,优先采用附加箍筋。但对于梁上的小柱或是水箱下面架在板上的梁,不需要附加箍筋;对于外部的梁跨度相差不大的时候,要保持梁高是在同一水平面上,特别是外部的框架梁。但也要注意,钢筋之间的净距也要符合规范要求。这样不仅有利于施工人员施工的方便,还有利于减轻大挑梁自身的重力。
  六、框架结构建筑物满足了人们的对建筑的要求和喜好,在建筑框架结构设计时首先要分析并判断结构方案的合理性和可行性,对可能存在和出现的问题提前采取有效处理措施,在实际施工过程中还可能碰到更多的问题。但是其中的问题也很多,在设计时要注意短柱、砌体填充墙和中心线等设计要点,对设计中的一些基本问题要注意分析和提前预判并选择合理的处理措施,提高框架结构建筑的抗震性能和安全系数,保证人民生产和生活安全。
  参考文献:
  [1]张科.多层建筑结构设计中框架结构的问题分析与处理[J].建筑科学,2009(18)
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