论文部分内容阅读
摘要:多层框架结构设计是结构设计中较为基础的设计,也是建筑结构设计中较为重要的一种形式。钢筋混凝土多层框架结构房屋,在房屋建筑设计中应用比较广泛,而广大设计工作者在设计过程中,普遍存在着这样那样的一些问题。本文以办公楼设计理论为基础,分析研究办公建筑设计的特殊性。从建筑设计、结构设计等方面阐述办公建筑设计的基本原理、重要原则和设计方法。力求总结出e时代(信息时代)设计理念的进步,满足不断演变的社会需求。
关键词:办公建筑、框架结构、建筑设计、结构设计
中图分类号:TU2文献标识码: A
一、前言
随着社会经济形势的不断好转,人们的生活水平得以快速提高,在这种环境背景的影响下,人们对于建筑物的使用功能和质量性能都有了更高的要求,为更好的满足人们对于现代建筑物实际的生活和心理追求,建筑框架结构设计便成为人们所关注的焦点。
特别对办公建筑来说更是出现了与传统模式不同的e时代(信息时代)办公建筑。本文从办公建筑的建筑设计、特殊要求、结构设计、防火设计等多方面说明了办公楼(框架结构)设计的基本原理、重要原则、设计方法以及办公建筑设计中存在的特殊性。
二、办公建筑设计
1、什么是办公建筑
供机关、团体和企事业单位办理行政事务和从事各类业务活动的建筑物。
2、自用办公楼功能设计
与“租赁性质办公楼”相对的“自用办公楼”因其使用人员的确定性,功能设计复杂而全面,一般包括公共空间,若干会议室,种类繁多、大小不一短供电线路长度,减少线路损耗;选用高效低损耗的干式变压器。建筑照明功率密度值及照度标准值满足《建筑照明设计标准》要求的基础上,采用高效节能型光源灯具,并充分利用自然光,选择合理有效的灯具布置及控制方式,节省能耗。
3、办公建筑框架结构
建筑框架结构又称构架式结构,是由柱和梁以铰接或钢接的形式连接而成的结构,抵抗使用过程中出现的竖向荷载和水平荷载,主要起承重作用。框架结构按照不同的跨数可分为多跨和单跨型;按照不同层数可分为多层和单层型;按照立面构成的不同可分为不对称和对称型;按照使用材料的不同可分为钢筋混凝土混合构架、胶合木结构框架、混凝土框架和钢框架等。混凝土框架是常用的建筑框架结构,分为装配整体式、装配式和现浇整体式,如果设计需要还能对板或梁施加一定的预应力。
三、办公建筑框架结构的应用范围和特点
1、框架结构可以设计成无铰框架、超静定的双铰框架或静定的三铰框架。混凝土框架结构可适用于办公楼、学校和民用住宅等;钢结构框架可以用于特殊用途的建筑物、多层工业厂房和跨度较大的公共建筑,如轻工业车间、造船厂、火车站、商场、剧场等。
框架结构建筑具有很多优点,自重较轻、空间可以灵活分割,节省建筑材料;可以比较灵活的配合建筑的平面布置,便于安排较大的建筑空间结构;框架结构中使用的柱、梁等构件易于定型化和标准化,缩短建筑施工工期;现浇混凝土框架结构的刚度较强,整体性较好,合理的框架结构设计能起到良好的抗震作用,能根据设计需要将柱或梁的截面浇注成各种形状。
四、办公建筑框架结构的设计
1、建筑框架结构的设计要求
(1)梁和柱的截面尺寸
框架结构中梁的截面宽度应≥200mm,截面的宽高比应≤4,截面的高与净跨比应≥4;柱的截面宽度和高度应≥300mm,圆柱的直径应≥350mm。
(2)梁和柱的钢筋配置
梁端纵向受拉钢筋的配筋率应≤2.5%,一级梁端截面的顶面和底面纵向钢筋配筋量的比值应≥0.5,二级或三级应≥0.3。梁端加密区的箍筋肢距一般≤200mm,二级和三级箍筋肢距应≤250mm,四级箍筋肢距应≤300mm。柱端纵向受拉钢筋的配筋率应≥0.2%,二级框架结构中柱的箍筋直径应≥10mm,箍筋肢距應≤200mm。三级框架结构中柱的箍筋直径应为6mm,四级框架结构中柱的箍筋直径应≥8mm。如果剪跨比和支柱比不大于2,箍筋间距应≤100mm。
2、办公建筑框架结构的梁部分设计
梁上有次梁处(包括挑梁端部)应附加箍筋和吊筋,宜优先采用附加箍筋。附加筋一般要有,但不应绝对。一般来说位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载,应全部由附加横向钢筋承担,这也就是说,位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的垫梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力应加附加筋。但梁截面高度范围内的集中荷载可根据具体情况而定。当主次梁截面相差不大,次梁荷载较大时,应加附加筋。当主梁高度很高,次梁截面很小、荷载很小时,如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。当主次梁截面均很大,如工艺要求形成的主次深梁,而荷载相对不大,主梁也可不加附加筋。当外部梁跨度相差不大时,梁高宜等高,尤其是外部的框架梁。当梁底距外窗顶尺寸较小时,宜加大梁高做至窗顶。外部框架梁尽量做成外皮与柱外皮平齐。梁也可偏出柱边一较小尺寸。梁与柱的偏心可大于1/4柱宽,并宜小于1/3柱宽。
梁上有次梁时,应避免次梁搭接在主梁的支座附近,否则应考虑由次梁引起的主梁抗扭,或增加构造抗扭纵筋和箍筋。原则上梁纵筋宜小直径小间距,有利于抗裂,但应注意钢筋间距要满足要求,并与梁的断面相应。箍筋按规定在梁端头加密,布筋时应将纵筋等距,箍筋肢距可不等,小断面的连续粱或框架梁,上、下纵筋均应采用同直径的,尽量不在支座搭接。端部与框架梁相交或弹性支承在墙体上的次梁,梁端支座可按简支考虑,但梁端箍筋应加密。上反粱的板吊在梁底下,板荷载宜由箍筋承受,或适当增大箍筋。梁支承偏心布置的墙时宜做下挑沿。挑梁宜做成等截面(大挑梁外露者除外)。与挑板不同,挑梁的自重占总荷载的比例很小,做成变截面不能有效减轻自重。挑梁端部有次梁时,注意要附加箍筋或吊筋,一般挑梁根部不必附加斜筋,除非受剪承载力不足。对于大挑梁,梁的下部宜配置受压钢筋以减小挠度,挑梁配筋应留有余地。梁上开洞时,不但要计算洞口加筋,更应验算梁洞口下偏拉部分的裂缝宽度。而挑梁出挑长度小于梁高时,应按牛腿计算或按深梁构造配筋。
五、办公建筑工程设计原则
案例工程框架结构设计,基本原则可概括为计算性、全面性、预防性几方面的基本原则,具体内容为:
1、计算性原则。由于框架结构设计涉及到抗震设防各种数据,无论是楼盖的布置,还是场地土的改善,都需要对框架结构相关的刚性数据、柔性数据等进行计算,譬如在设计抗震设防烈度8度剪力墙的时候,双向梁柱刚接体系需要重点考虑垂直地震作用,因此从震害的视角分析,要通过缜密计算得出垂直作用力相关的数据,方可保证剪力墙满足既定的抗震设防要求。
2、全面性原则。框架结构设计具有复杂性的特征,涉及到框架梁、框架柱等设计内容,因此在设计时需要对相对独立的设计项进行统筹兼顾,譬如在设置大跨度雨棚时候,要根据梁中心线位置的负弯矩和跨度,考虑如何提高抗扭的水平,另外在设置框架梁和框架柱的时候,要根据梁截面的大小,对相应构建的配筋率进行计算。
3、预防性原则。框架结构设计的最终目的是提高结构的稳定性,预防地震等对结构的破坏,为此在设计框架结构的时候,要考虑各种可能影响结构刚度的因素,譬如电梯梯井设置刚度较大的混凝土墙,但其他位置不设置剪力墙,为满足伸缩缝的要求,需要通过配筋率加大、架空层铺设等方式,做出结构预防性的合理布局。
六、对于办公建筑工程框架结构设计的建议措施
基于对案例工程框架结构设计依据和原则的了解,笔者认为该工程框架结构设计,需要在进行缜密计算的基础上,掌握结构设计的基本数据,然后基于计算结果设计钢筋混凝土的框架结构,并利用复形状法对框架结构设计的结果进行优化,具体建议措施如下。
1、结构设计计算
工程框架结构设计的计算,借助PKPM,TAM,SATWE软件,计算框架结构梁和结构柱的强度、稳定性、刚度等,计算内容如下:
(1)框架结构抗弯强度计算。在明确同个截面位置两轴弯矩的基础上,根据轴线净截面的模量、截面塑性发展系数、结构抗弯强度设计值,计算出结构的抗弯强度。
(2)框架结构抗剪强度计算。根据截面沿腹板平面作用的剪力、中和轴面积矩、毛截面惯性矩、腹板厚度、抗剪强度设计值,计算出结构的抗剪强度。
(3)框架结构局部承压力计算。根据局部集中荷载、集中荷载增大系数、集中荷载假定分布长度,计算出局部承压力。
(4)框架结构折算应力计算。根据腹板同时产生的正应力、压应力、剪应力,以及折算应力强度设计值的增大系数等,计算出结构的折算应力。
(5)框架结构局部稳定计算。一方面根据结构构件翼缘板自由外伸宽度、厚度、屈服强度,计算出翼缘板的宽厚比,另一方面在配置加劲肋情况下,为维持腹板的稳定性,可在不设置约束条件的前提下,对局部稳定计算的结果进行优化。
(6)框架结构刚度计算。在不兼顾荷载分项与动力系数的情况下,根据结构荷载的标准值和框架结构梁的容许挠度值,计算出框架结构的刚度,但在计算过程中,需要根据结构力学的方法,以及借助力学软件。
2、钢筋混凝土框架结构设计
钢筋混凝土结构是框架结构的主要模式之一,以刚接方式,将框架结构梁连接在一起,形成具有相当承重能力的建筑结构体系。关于钢筋混凝土框架结构的设计,具体方法为:
(1)为保证结构设计的效果符合预期需求,在设计之前,需要对设计图纸文件进行全面了解,以规范设计工作流程的细节性内容,形成具有较强可行性的设计方案。在了解设计方案意图的时候,除了需要掌握图纸每项设计内容的细节,还要根据图纸的要求,以会审的方式解决相关的设计问题,避免这些问题对结构设计效果的影响。
(2)由于承重体系是直接连接每一层的楼盖和屋盖,从而形成具有整体性功能的结构体系,因此水平承重体系和竖向承重体系的形成,必须根据施工组织设计规程,根据楼盖和屋盖所传递的各种方向荷载,并掌握荷载对地基基础的影响状态。期间在对框架结构设计交底的时候,一方面需要对施工工艺流程进行熟悉,尤其是新技术、新工艺和新材料,另一方面是结合各种施工工艺的技术指标,在设计方案当中融入工艺技术的质量标准和检验方法,以便作为后期施工的参考依据。
(3)案例工程的框架梁和框架柱采用现浇钢筋混凝土的结构模式,在设计结构体系的时候,要以整体性和抗震性作为结构的功能目标,但出于对现浇钢筋混凝土工程量因素的考虑,框架结构所需的梁柱和楼板,均在施工现场进行预制装配,即在施工现场对钢筋混凝土的框架结构进行焊接和拼装,而某些特殊构件可按照相关的标准委托工厂生产,以此作为框架结构设计的主要方式,不仅能够提高框架结构的整体性能和抗震性能,而且能提高施工效率。
3、利用复形法优化框架结构设计结果
复形法主要针对无约束优化问题的求解,具有适用范围广、简单直接、出错率低等優点,在建筑框架结构设计中,可利用复形法对设计的结果进行优化,主要分为主体优化设计和分部优化设计两级:
(1)框架结构主体设计优化。首先是框架结构梁截面和结构柱截面特性关系的建立,利用统计归纳的方法,在确定截面惯性矩、抵抗矩、截面面积的基础上,根据截面惯性矩分析框架结构的内部应力分布情况,以及根据抵抗矩和截面面积确定框架结构的应力大小,因此在设计框架主体结构的时候,可通过对截面惯性矩、抵抗矩、截面面积的调整,合理控制框架结构梁和结构柱的应力。其次是钢架结构模式的优化,涉及到的因素包括设计变量、目标函数、约束条件、计算模型,其中设计变量与框架结构梁和结构柱的惯性矩有关,由框架结构梁和结构柱的数量决定,而目标函数则根据梁跨度、柱高度等已知的定值,用于表示框架结构的重量函数,但同时需要考虑强度、刚度、界限、水平位移等因素,以此构建的框架结构计算模型。最后是结构梁柱截面惯性矩的优化设计,可借助之前构建的计算模型,利用复形法编制的分析程序,确定最优的截面惯性矩。
(2)框架结构分部设计优化。框架结构分部设计的优化,相关参数为待优化截面组成的惯性矩、主体结构优化后的结果、惯性矩正常浮动范围内的内力重新分布容许值,以此构建优化计算模型。首先是结构梁优化计算模型,即根据翼缘截面、宽度、厚度和腹板高度、厚度,对截面形式进行描述,然后根据梁的抗剪强度条件、稳定性条件、界限约束等约束条件,设置目标函数。其次是结构柱优化计算模型,即根据截面翼缘宽度、厚度和腹板高度、厚度,确定需要优化的设计变量,以及根据结构柱的局部稳定性、界限约束等约束条件,设置优化的目标函数。通过以上的优化设计,就能够得出分部框架结构梁和结构柱的数字模型,并合理编制出优化的分析程序,是目前建筑框架结构设计的常见方式之一,值得进一步推广应用。
七、结束语
随着人们生活水平的不断提高,人们对建筑建设的要求越来越大,建筑框架结构设计技术应当不断创新,才能适应社会经济的快速发展,才能满足人们的需求,从而保证社会的和谐、安定。出于对建筑框架结构安全等级、抗震设防等级、耐火等级等的考虑,需要根据国家相关规范、工程抗震条件、场地条件和其他注意事项等,秉着计算性原则、全面性原则、预防性原则,对待优化框架结构的抗弯强度、抗剪强度、局部承压力、折算应力、局部稳定性、刚度等进行缜密计算,然后制定结构优化设计的方案,控制整个框架结构设计的流程,与此同时,框架结构还可利用复形法对框架结构主体和主体设计的结果进行优化,以此对框架结构做出预防性的合理布局。
参考文献:
[1] 潘长俊:《浅谈建筑框架结构设计中存在的问题及对策》,2013年7期
[2] 问锦:基于建筑框架结构设计存在问题的研究》,2013年6期
[3] 梁丽芳 都军花:《浅谈建筑框架结构设计存在问题及对策》,2012年11期
[4] 于桥:《建筑框架结构设计原则及存在问题和解决措施》,2013年04期
关键词:办公建筑、框架结构、建筑设计、结构设计
中图分类号:TU2文献标识码: A
一、前言
随着社会经济形势的不断好转,人们的生活水平得以快速提高,在这种环境背景的影响下,人们对于建筑物的使用功能和质量性能都有了更高的要求,为更好的满足人们对于现代建筑物实际的生活和心理追求,建筑框架结构设计便成为人们所关注的焦点。
特别对办公建筑来说更是出现了与传统模式不同的e时代(信息时代)办公建筑。本文从办公建筑的建筑设计、特殊要求、结构设计、防火设计等多方面说明了办公楼(框架结构)设计的基本原理、重要原则、设计方法以及办公建筑设计中存在的特殊性。
二、办公建筑设计
1、什么是办公建筑
供机关、团体和企事业单位办理行政事务和从事各类业务活动的建筑物。
2、自用办公楼功能设计
与“租赁性质办公楼”相对的“自用办公楼”因其使用人员的确定性,功能设计复杂而全面,一般包括公共空间,若干会议室,种类繁多、大小不一短供电线路长度,减少线路损耗;选用高效低损耗的干式变压器。建筑照明功率密度值及照度标准值满足《建筑照明设计标准》要求的基础上,采用高效节能型光源灯具,并充分利用自然光,选择合理有效的灯具布置及控制方式,节省能耗。
3、办公建筑框架结构
建筑框架结构又称构架式结构,是由柱和梁以铰接或钢接的形式连接而成的结构,抵抗使用过程中出现的竖向荷载和水平荷载,主要起承重作用。框架结构按照不同的跨数可分为多跨和单跨型;按照不同层数可分为多层和单层型;按照立面构成的不同可分为不对称和对称型;按照使用材料的不同可分为钢筋混凝土混合构架、胶合木结构框架、混凝土框架和钢框架等。混凝土框架是常用的建筑框架结构,分为装配整体式、装配式和现浇整体式,如果设计需要还能对板或梁施加一定的预应力。
三、办公建筑框架结构的应用范围和特点
1、框架结构可以设计成无铰框架、超静定的双铰框架或静定的三铰框架。混凝土框架结构可适用于办公楼、学校和民用住宅等;钢结构框架可以用于特殊用途的建筑物、多层工业厂房和跨度较大的公共建筑,如轻工业车间、造船厂、火车站、商场、剧场等。
框架结构建筑具有很多优点,自重较轻、空间可以灵活分割,节省建筑材料;可以比较灵活的配合建筑的平面布置,便于安排较大的建筑空间结构;框架结构中使用的柱、梁等构件易于定型化和标准化,缩短建筑施工工期;现浇混凝土框架结构的刚度较强,整体性较好,合理的框架结构设计能起到良好的抗震作用,能根据设计需要将柱或梁的截面浇注成各种形状。
四、办公建筑框架结构的设计
1、建筑框架结构的设计要求
(1)梁和柱的截面尺寸
框架结构中梁的截面宽度应≥200mm,截面的宽高比应≤4,截面的高与净跨比应≥4;柱的截面宽度和高度应≥300mm,圆柱的直径应≥350mm。
(2)梁和柱的钢筋配置
梁端纵向受拉钢筋的配筋率应≤2.5%,一级梁端截面的顶面和底面纵向钢筋配筋量的比值应≥0.5,二级或三级应≥0.3。梁端加密区的箍筋肢距一般≤200mm,二级和三级箍筋肢距应≤250mm,四级箍筋肢距应≤300mm。柱端纵向受拉钢筋的配筋率应≥0.2%,二级框架结构中柱的箍筋直径应≥10mm,箍筋肢距應≤200mm。三级框架结构中柱的箍筋直径应为6mm,四级框架结构中柱的箍筋直径应≥8mm。如果剪跨比和支柱比不大于2,箍筋间距应≤100mm。
2、办公建筑框架结构的梁部分设计
梁上有次梁处(包括挑梁端部)应附加箍筋和吊筋,宜优先采用附加箍筋。附加筋一般要有,但不应绝对。一般来说位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载,应全部由附加横向钢筋承担,这也就是说,位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的垫梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力应加附加筋。但梁截面高度范围内的集中荷载可根据具体情况而定。当主次梁截面相差不大,次梁荷载较大时,应加附加筋。当主梁高度很高,次梁截面很小、荷载很小时,如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。当主次梁截面均很大,如工艺要求形成的主次深梁,而荷载相对不大,主梁也可不加附加筋。当外部梁跨度相差不大时,梁高宜等高,尤其是外部的框架梁。当梁底距外窗顶尺寸较小时,宜加大梁高做至窗顶。外部框架梁尽量做成外皮与柱外皮平齐。梁也可偏出柱边一较小尺寸。梁与柱的偏心可大于1/4柱宽,并宜小于1/3柱宽。
梁上有次梁时,应避免次梁搭接在主梁的支座附近,否则应考虑由次梁引起的主梁抗扭,或增加构造抗扭纵筋和箍筋。原则上梁纵筋宜小直径小间距,有利于抗裂,但应注意钢筋间距要满足要求,并与梁的断面相应。箍筋按规定在梁端头加密,布筋时应将纵筋等距,箍筋肢距可不等,小断面的连续粱或框架梁,上、下纵筋均应采用同直径的,尽量不在支座搭接。端部与框架梁相交或弹性支承在墙体上的次梁,梁端支座可按简支考虑,但梁端箍筋应加密。上反粱的板吊在梁底下,板荷载宜由箍筋承受,或适当增大箍筋。梁支承偏心布置的墙时宜做下挑沿。挑梁宜做成等截面(大挑梁外露者除外)。与挑板不同,挑梁的自重占总荷载的比例很小,做成变截面不能有效减轻自重。挑梁端部有次梁时,注意要附加箍筋或吊筋,一般挑梁根部不必附加斜筋,除非受剪承载力不足。对于大挑梁,梁的下部宜配置受压钢筋以减小挠度,挑梁配筋应留有余地。梁上开洞时,不但要计算洞口加筋,更应验算梁洞口下偏拉部分的裂缝宽度。而挑梁出挑长度小于梁高时,应按牛腿计算或按深梁构造配筋。
五、办公建筑工程设计原则
案例工程框架结构设计,基本原则可概括为计算性、全面性、预防性几方面的基本原则,具体内容为:
1、计算性原则。由于框架结构设计涉及到抗震设防各种数据,无论是楼盖的布置,还是场地土的改善,都需要对框架结构相关的刚性数据、柔性数据等进行计算,譬如在设计抗震设防烈度8度剪力墙的时候,双向梁柱刚接体系需要重点考虑垂直地震作用,因此从震害的视角分析,要通过缜密计算得出垂直作用力相关的数据,方可保证剪力墙满足既定的抗震设防要求。
2、全面性原则。框架结构设计具有复杂性的特征,涉及到框架梁、框架柱等设计内容,因此在设计时需要对相对独立的设计项进行统筹兼顾,譬如在设置大跨度雨棚时候,要根据梁中心线位置的负弯矩和跨度,考虑如何提高抗扭的水平,另外在设置框架梁和框架柱的时候,要根据梁截面的大小,对相应构建的配筋率进行计算。
3、预防性原则。框架结构设计的最终目的是提高结构的稳定性,预防地震等对结构的破坏,为此在设计框架结构的时候,要考虑各种可能影响结构刚度的因素,譬如电梯梯井设置刚度较大的混凝土墙,但其他位置不设置剪力墙,为满足伸缩缝的要求,需要通过配筋率加大、架空层铺设等方式,做出结构预防性的合理布局。
六、对于办公建筑工程框架结构设计的建议措施
基于对案例工程框架结构设计依据和原则的了解,笔者认为该工程框架结构设计,需要在进行缜密计算的基础上,掌握结构设计的基本数据,然后基于计算结果设计钢筋混凝土的框架结构,并利用复形状法对框架结构设计的结果进行优化,具体建议措施如下。
1、结构设计计算
工程框架结构设计的计算,借助PKPM,TAM,SATWE软件,计算框架结构梁和结构柱的强度、稳定性、刚度等,计算内容如下:
(1)框架结构抗弯强度计算。在明确同个截面位置两轴弯矩的基础上,根据轴线净截面的模量、截面塑性发展系数、结构抗弯强度设计值,计算出结构的抗弯强度。
(2)框架结构抗剪强度计算。根据截面沿腹板平面作用的剪力、中和轴面积矩、毛截面惯性矩、腹板厚度、抗剪强度设计值,计算出结构的抗剪强度。
(3)框架结构局部承压力计算。根据局部集中荷载、集中荷载增大系数、集中荷载假定分布长度,计算出局部承压力。
(4)框架结构折算应力计算。根据腹板同时产生的正应力、压应力、剪应力,以及折算应力强度设计值的增大系数等,计算出结构的折算应力。
(5)框架结构局部稳定计算。一方面根据结构构件翼缘板自由外伸宽度、厚度、屈服强度,计算出翼缘板的宽厚比,另一方面在配置加劲肋情况下,为维持腹板的稳定性,可在不设置约束条件的前提下,对局部稳定计算的结果进行优化。
(6)框架结构刚度计算。在不兼顾荷载分项与动力系数的情况下,根据结构荷载的标准值和框架结构梁的容许挠度值,计算出框架结构的刚度,但在计算过程中,需要根据结构力学的方法,以及借助力学软件。
2、钢筋混凝土框架结构设计
钢筋混凝土结构是框架结构的主要模式之一,以刚接方式,将框架结构梁连接在一起,形成具有相当承重能力的建筑结构体系。关于钢筋混凝土框架结构的设计,具体方法为:
(1)为保证结构设计的效果符合预期需求,在设计之前,需要对设计图纸文件进行全面了解,以规范设计工作流程的细节性内容,形成具有较强可行性的设计方案。在了解设计方案意图的时候,除了需要掌握图纸每项设计内容的细节,还要根据图纸的要求,以会审的方式解决相关的设计问题,避免这些问题对结构设计效果的影响。
(2)由于承重体系是直接连接每一层的楼盖和屋盖,从而形成具有整体性功能的结构体系,因此水平承重体系和竖向承重体系的形成,必须根据施工组织设计规程,根据楼盖和屋盖所传递的各种方向荷载,并掌握荷载对地基基础的影响状态。期间在对框架结构设计交底的时候,一方面需要对施工工艺流程进行熟悉,尤其是新技术、新工艺和新材料,另一方面是结合各种施工工艺的技术指标,在设计方案当中融入工艺技术的质量标准和检验方法,以便作为后期施工的参考依据。
(3)案例工程的框架梁和框架柱采用现浇钢筋混凝土的结构模式,在设计结构体系的时候,要以整体性和抗震性作为结构的功能目标,但出于对现浇钢筋混凝土工程量因素的考虑,框架结构所需的梁柱和楼板,均在施工现场进行预制装配,即在施工现场对钢筋混凝土的框架结构进行焊接和拼装,而某些特殊构件可按照相关的标准委托工厂生产,以此作为框架结构设计的主要方式,不仅能够提高框架结构的整体性能和抗震性能,而且能提高施工效率。
3、利用复形法优化框架结构设计结果
复形法主要针对无约束优化问题的求解,具有适用范围广、简单直接、出错率低等優点,在建筑框架结构设计中,可利用复形法对设计的结果进行优化,主要分为主体优化设计和分部优化设计两级:
(1)框架结构主体设计优化。首先是框架结构梁截面和结构柱截面特性关系的建立,利用统计归纳的方法,在确定截面惯性矩、抵抗矩、截面面积的基础上,根据截面惯性矩分析框架结构的内部应力分布情况,以及根据抵抗矩和截面面积确定框架结构的应力大小,因此在设计框架主体结构的时候,可通过对截面惯性矩、抵抗矩、截面面积的调整,合理控制框架结构梁和结构柱的应力。其次是钢架结构模式的优化,涉及到的因素包括设计变量、目标函数、约束条件、计算模型,其中设计变量与框架结构梁和结构柱的惯性矩有关,由框架结构梁和结构柱的数量决定,而目标函数则根据梁跨度、柱高度等已知的定值,用于表示框架结构的重量函数,但同时需要考虑强度、刚度、界限、水平位移等因素,以此构建的框架结构计算模型。最后是结构梁柱截面惯性矩的优化设计,可借助之前构建的计算模型,利用复形法编制的分析程序,确定最优的截面惯性矩。
(2)框架结构分部设计优化。框架结构分部设计的优化,相关参数为待优化截面组成的惯性矩、主体结构优化后的结果、惯性矩正常浮动范围内的内力重新分布容许值,以此构建优化计算模型。首先是结构梁优化计算模型,即根据翼缘截面、宽度、厚度和腹板高度、厚度,对截面形式进行描述,然后根据梁的抗剪强度条件、稳定性条件、界限约束等约束条件,设置目标函数。其次是结构柱优化计算模型,即根据截面翼缘宽度、厚度和腹板高度、厚度,确定需要优化的设计变量,以及根据结构柱的局部稳定性、界限约束等约束条件,设置优化的目标函数。通过以上的优化设计,就能够得出分部框架结构梁和结构柱的数字模型,并合理编制出优化的分析程序,是目前建筑框架结构设计的常见方式之一,值得进一步推广应用。
七、结束语
随着人们生活水平的不断提高,人们对建筑建设的要求越来越大,建筑框架结构设计技术应当不断创新,才能适应社会经济的快速发展,才能满足人们的需求,从而保证社会的和谐、安定。出于对建筑框架结构安全等级、抗震设防等级、耐火等级等的考虑,需要根据国家相关规范、工程抗震条件、场地条件和其他注意事项等,秉着计算性原则、全面性原则、预防性原则,对待优化框架结构的抗弯强度、抗剪强度、局部承压力、折算应力、局部稳定性、刚度等进行缜密计算,然后制定结构优化设计的方案,控制整个框架结构设计的流程,与此同时,框架结构还可利用复形法对框架结构主体和主体设计的结果进行优化,以此对框架结构做出预防性的合理布局。
参考文献:
[1] 潘长俊:《浅谈建筑框架结构设计中存在的问题及对策》,2013年7期
[2] 问锦:基于建筑框架结构设计存在问题的研究》,2013年6期
[3] 梁丽芳 都军花:《浅谈建筑框架结构设计存在问题及对策》,2012年11期
[4] 于桥:《建筑框架结构设计原则及存在问题和解决措施》,2013年04期