框架建筑结构设计

框架建筑结构设计（精选12篇）

框架建筑结构设计 第1篇

1 多层钢结构类型

1.1 柱一支律体系

多层框架梁柱节点均为铰接, 而在纵向与横向沿柱高设置竖向柱间支撑, 其空间刚度及抗侧力承载力均由支撑提供, 适用于柱距不大而又允许双向设置支撑的建筑物, 其特点是设计、制作及安装简单, 承载功能明确, 侧向刚度较大, 用于抗侧力的钢耗量较少。

1.2 纯框架体系

多层框架在纵、横两个方向均为多层刚接框架, 其承载能力及空间刚度均由刚接框架提供, 适用于柱距较大而又无法设置支撑的建筑物, 其特点为节点构造较复杂、结构用钢量较多, 但使用空间较大。

1.3 框架一支撑体系

该体系为多层框架在一个方向 (多为纵向) 为柱一支撑体系, 另一方向 (多为横向) 为纯框架体系的混合体系;其特点为一个方向无支撑便于生产或人流、物流等建筑功能的安排, 又适当考虑了简化设计、施工及用钢量等要求, 为实际工程中较多采用的体系。

2 多层框架结构的组成与布置

2.1 多层框架结构的组成

框架结构由柱和梁组成。一般柱子垂直布置, 梁水平布置。屋面由于排水或其它方面的要求, 也可布置成斜梁。梁柱连结处一般为刚性连接。有时为便于施工或由于其它构造要求, 也可将部分节点做成铰节点或半铰节点。当梁、柱之间全部为铰接时, 也称为多层排架。刚性连接的梁比普通梁式结构要节约材料, 构的横向刚度较好, 横梁的高度也较小, 因而可增加房屋的净空, 是一种比较经济的的结构形式。柱支座一般为固定支座, 必要时也可设计成铰支座。

框架可以是等跨或不等跨, 层高可以相等或不完全相等。有时因工艺要求而在某层抽柱或缺梁形成复式框架。框架结构为高次超静定结构, 既承受竖向荷载, 又承受侧向作用力 (风荷载或地震作用等) 。为利于结构受力, 框架梁宜拉通、对直, 框架柱宜上、下对中, 梁柱轴线宜在同一竖向平面内。有时由于使用功能或建筑造型上的要求, 框架结构也可做成抽梁、抽柱、内收、外挑等。

框架结构有实腹式、格构式以及横梁为格构式、柱为实腹式的混合式框架。实腹框架梁的横截面一般为矩形或梯形截面。混凝土框架柱的截面形式常为矩形或正方形, 有时由于建筑上的要求, 也可设计成圆形、八角形、T形等。钢框架柱的截面形式常采用H形或箱形。实腹式框架外形简捷美观, 制造和施工简单, 安装省工, 但材料利用率低。当结构跨度较大时, 可采用格构式框架。格构式框架刚度较大, 用钢省, 其外形与净空布置比实腹式框架灵活, 但制造加工和安装较为复杂。混合式框架的目的主要是减轻横梁自重, 增加结构刚度。当楼盖为现浇板时, 可将楼板的一部分作为框架梁的翼缘予以考虑, 即框架梁截面为T或r形;当采用预制板楼盖时, 为减小楼盖结构高度, 增加建筑净空, 混凝土框架梁截面常为十字形或花篮形;这时也可将预制梁做成T形截面, 在预制板安装就位以后, 再现浇部分混凝上, 使后浇混凝土与预制梁共同工作即成为叠合梁, 这样一方面保证了梁的有效高度和承载力, 另一方面可将梁板有效地连成整体, 改善结构的抗震 (振) 性能。预制梁可以是钢筋混凝土梁, 也可以是钢梁。

在框架结构中, 常因功能需要而设置非承重隔墙。隔墙位置较为固定并常采用砌体填充墙。当考虑建筑功能可能变化时, 也可采用轻质分隔墙, 灵活分隔。砌体填充墙是在框架施工完后砌筑的, 砌体填充墙的上部与框架梁底之间必须用砌块“塞紧”。墙与框架柱有两种连接方法, 一种是柱与墙之间留缝, 并用钢筋柔性连接, 计算时不考虑填充墙对框架抗侧刚度的影响;另一种是刚性连接, 在多遇水平地震作用下, 框架侧向变形时, 填充墙起着斜压杆的作用, 从而提高了框架的抗侧移能力, 在罕遇水平地展作用下, 填充墙也能对防止倒塌起积极的作用。

2.2 框架结构分类

框架结构按所用材料的不同, 可分为钢结构、混凝土结构和钢骨混凝土结构。钢框架结构一般是在工厂预制钢梁、钢柱, 运送到施工现场再拼装连接成整体框架, 具有自重轻, 抗震 (振) 性能好, 施工速度快, 机械化程度高等优点, 但用钢量稍大, 耐火性能差, 后期维修费用高, 造价略高于混凝土框架。目前钢框架在我国应用还不多。随着我国钢材产量的迅速增加, 品种增多, 钢结构设计和施工技术的不断提高, 钢框架的运用将有良好的前景。混凝土框架结构由于其取材方便, 造价低廉, 耐久性好, 可模性好等优点, 在我国得到了广泛的应用。目前我国绝大部分框架结构均为钢筋混凝土结构。为节省材料、减小梁高, 可对框架梁施加预应力, 也可对整个框架结构整体施加预应力。此外, 还可采用钢骨混凝土梁、柱构件组成组合框架结构。在结构受力较大, 尤其是抗震区的多高层框架结构中, 钢管混凝土以其良好的受力性能日益受到工程师的瞩目。

3 多层框架房屋结构设计中需要注意的

问题

3.1 独立基础设计荷载取值

通常情况下, 多层框架房屋采用的是柱下独立基础的形式, 而《抗震规范》中明确指出, 在地基的主要持力层没有软弱粘性土层的情况下, 当建筑高度在25米以内且层数在8层以内的一般民用建筑, 可以不对地基和基础的抗震承载力进行验算。但是在进行基础设计时应该要将风荷载考虑进去。所以, 不能因为一般建筑在地震区风荷载不是控制荷载而忽略了。还有些设计师在进行独立基础设计时, 柱脚内力设计值取值不合理, 只对轴力与弯曲采取了设计值, 而未能考虑剪力, 还有些甚至只取了轴力设计值。若独立基础的设计荷载取值不合理, 将会导致建筑结构的不安全或者材料浪费。

3.2 基础拉梁层的计算模型问题

基础拉梁层进行框架整体计算一般都是采用TAT或者SATWE等程序, 由于基础拉梁层无楼板, 因此计算时楼板厚度应取零, 并且定义弹性节点, 分析计算式应该采用总刚分析方法。另外尤其是要注房屋平面不规则这一点。

3.3 框架结构带楼电梯小井筒

井筒将会吸收地震剪力, 以至于框架结构承受的地震剪减小。因此框架结构应该尽可能的不要设置钢筋砼楼电梯小井筒。若实在不可避免时, 应该适当的减薄井筒的壁厚, 并且可以通过竖缝, 结构洞等方法将其刚度减弱。计算时, 除按框架计算外, 还应该按照带井筒的框架进行复核, 并且将与井墙连接的柱子的配筋进行加强。另外, 尤其要注意, 出屋顶的楼电梯间与水箱间等结构物的承重结构必须采用框架梁结构, 而不能采用砌体墙;雨篷等构件不能够从承重墙挑出, 而是应该从承重梁上挑出;楼梯梁与夹层梁等不可以支承于填充墙上, 而应该由承重柱来支承。

结束语

随着我国经济的高速发展, 建筑行业的发展前景也十分广阔, 多层框架结构许多优点, 因此被广泛的应用于现代建筑中。虽然, 其结构形式看上去比较简单, 但是设计时若考虑不周全、不仔细就会出现这样或者那样的错误, 因此我们在进行设计时, 必须思虑细密, 多方面考虑, 确保建筑结构设计质量。

参考文献

[1]邱洪兴.建筑结构设计[M].东南大学出版社, 2002.

[2]陈志华.建筑钢结构设计[M].天津大学出版社, 2004.

框架建筑结构设计 第2篇

(1)抗震验算时不同的楼盖及布置(整体性)决定了采用刚性、刚柔、柔性理论计算。抗震验算时应特别注意场地土类别。8度超过5层有条件时，尽量加剪力墙，可大大改善结构的抗震性能。框架结构应设计成双向梁柱刚接体系，但也允许部分的框架梁搭在另一框架梁上。应加强垂直地震作用的设计，从震害分析，规范给出的垂直地震作用明显不足。

(2)雨蓬不得从填充墙内出挑。大跨度雨蓬、阳台等处梁应考虑抗扭。考虑抗扭时，扭矩为梁中心线处板的负弯距乘以跨度的一半。

(3)框架梁、柱的混凝土等级宜相差一级。

(4)由于某些原因造成梁或过梁等截面较大时，应验算构件的最小配筋率。

(5)出屋面的楼电梯间不得采用砖混结构。

(6)框架结构中的电梯井壁宜采用粘土砖砌筑，但不能采用砖墙承重。应采用每层的梁承托每层的墙体重量。梯井四角加构造柱，层高较高时宜在门洞上方位置加圈梁。因楼电梯间位置较偏，梯井采用混凝土墙时刚度很大，其它地方不加剪力墙，对梯井和整体结构都十分不利。

(7)建筑长度宜满足伸缩缝要求，否则应采取措施。如：增大配筋率，通长配筋，改善保温，铺设架空层，加后浇带等。

(8)柱子轴压比宜满足规范要求。

(9)当采用井字梁时，梁的自重大于板自重，梁自重不可忽略不计。周边一般加大截面的边梁。

(10)过街楼处的梁上筋应通长，按偏拉构件设计。

(11)电线管集中穿板处，板应验算抗剪强度或开洞形成管井。电线管竖向穿梁处应验算梁的抗剪强度。

(12)构件不得向电梯井内伸出，否则应验算是否能装下。电梯井处柱可外移或做成l型柱。

(13)验算水箱下、电梯机房及设备下结构强度。水箱不得与主体结构做在一起。

(14)当地下水位很高时，暖沟应做防水。一般可做u型混凝土暖沟，暖气管通过防水套管进入室内暖沟。有地下室时，混凝土应抗渗，等级s6或s8，混凝土等级应大于等于c25，混凝土内应掺入膨胀剂。混凝土外墙应注明水平施工缝做法，一般加金属止水片，较薄的混凝土墙做企口较难。

(15)采用扁梁时，应注意验算变形。

(16)突出屋面的楼电梯间的柱为梁托柱时应向下延伸一层，不宜直接锚入顶层梁内，并且托梁上铁应适当拉通。错层部位应采取加强措施。女儿墙内加构造柱，顶部加压顶。出入口处的女儿墙不管多高，均加构造柱，并应加密。错层处可加一大截面梁，上下层板均锚入此梁。

(17)等基底附加压力时基础沉降并不同。

(18)应避免将大梁穿过较大房间，在住宅中严禁梁穿房间。

(19)当建筑布局很不规则时，结构设计应根据建筑布局做出合理的结构布置，并采取相应的构造措施。如建筑方案为两端较大体量的建筑中间用很小的结构相连时(哑铃状)，此时中间很小的结构的板应按偏拉和偏压考虑。板厚应加厚，并双层配筋。

(20)较大跨度的挑梁下柱子内跨梁传来的荷载将大于梁荷载的一半。挑板道理相同。

建筑框架结构抗震加固设计的探讨 第3篇

摘要：本文主要针对建筑框架结构抗震加固设计展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对结构加层和加固的设计作了详细的阐述，并系统科学的分析了静力弹塑性，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。

关键词：框架结构；抗震加固；设计

我国是地震高发国家，地震造成的人员伤亡，居世界首位。同时，我国地震区也分布较广。随着近年来，我国地震灾害的频发，人员的伤亡和建筑的破坏越来越多，这也使得建筑单位更加重视建筑框架的抗震加固设计工作。基于此，本文就建筑框架结构抗震加固设计进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定帮助。

1 工程概况

该工程为钢筋混凝土框架结构，楼板为现浇混凝土楼板。教学主楼分为AB两段，A段为地上7层，B段为4层，位置紧邻在B段12轴左侧；B段左方紧邻办公楼，变形缝分隔开了3个单体，如图1。需将教学楼B段加层至与A段一样高，增加大小会议室和树立完整的建筑立面，改造后教学楼主入口设在A段。

B段楼首层层高为4.5m，2～4层层高为3.6m，总建筑面积为12000m2；采用天然地基柱下独立基础，基底标高为-3.00m。现场检测结果显示构件配筋和截面尺寸与原设计图纸相符，框架梁主要截面尺寸为：250mm×650mm；中柱主要截面尺寸为：550mm×400mm，边柱主要截面尺寸为：500mm×400mm；实测柱混凝土强度值为30.8～43.8MPa，梁为31.0～39.8MPa。教学楼无地基不均匀沉降和使用超载现象，无影响结构安全的严重变形与损伤。

图1 建筑平面图

2 结构加层和加固设计

2.1 加层和加固设计

B段结构平面如图2所示。建筑设计中B段增加3层做大小型会议室，平面柱网与原有结构一致，在立面上与A段保持高度平齐，新加楼层高度也需要与A段一致，以保证改造后教学楼建筑功能。其中新增的第5层为小型会议室，5层以上为大空间的大型会议室，由于大空间的需要，6层只在12和13轴处保留中柱和局部楼板。常用的结构加层方案有外套式结构加层和直接加层两种，两者较大的区别包括是否需要新加基础和新旧结构连接上。由于本工程受地形和建筑外立面条件限制，不宜增加结构围套；另外增加层数不多，基础加固量较小，因此采用结构直接加层的方案。为减少新增加的重力荷载，增层采用钢框架和组合楼板结构形式，采用方钢管柱250mm×350mm×18mm，工字形钢主梁600mm×800mm×8mm×12mm，5层和局部6层采用压型钢板-混凝土组合楼板，7层为保温棉加压型钢板的不上人屋面。

阻尼取值是加层设计计算中的难点。抗震规范中对不超过12层钢结构在多遇地震下的阻尼比可采用0.035，钢筋混凝土框架为0.05；但对于不同材料组成的混合结构。考虑此次加层楼层层数不多，结构主体仍为混凝土结构；另外增加屈曲约束支撑的消能构件后，结构的总阻尼比应为结构阻尼比和消能部件附加给结构的有效阻尼比的总和，因此混合结阻尼仍取为0.05。设计试算中发现铰接柱脚对楼层位移和层间位移角有较大影响，铰接比刚接形式柱脚的楼层位移大出约20%，5层层间位移角明显增大，不利于结构抗震，因此设计中增层钢柱与原结构按刚性节点连接。

加层后框架抗震等级为3级；抗震设防烈度7度（0.10g），设计地震分组为第1组，建筑场地类别为II类。采用PKPM软件计算，结果显示钢结构楼层层质量较混凝土楼层明显较小，如表1新增3层的恒载和活载共增加833.3吨，使原有楼层地震剪力增大，混凝土框架整体内力增大。SATWE计算结果显示四层顶梁抗弯和抗剪配筋不足，部分原有基础截面不足，底层柱受弯配筋不足。因此对4层顶梁采用粘钢板和贴碳纤维布方式加固；对教学楼结构的外围基础进行加大截面处理；对框架柱采用外包角钢法加固。基础加大截面和包钢加固如图2所示。新增基础混凝土强度为C30，采用三级钢HRB400，加大基础截面之前将柱包钢施工完毕，角钢延伸至基础顶面；清洗基础混凝土表面，在基础上表面四周做植筋；再架立和绑扎钢筋笼，浇筑C30新混凝土。通过施工措施保证新旧基础混凝土良好的结合和加固角钢在基础顶的锚固。

新增钢结构楼层后，混合结构整体柔度增大，自震周期值变大，第1周期从0.928s增加到1.173s；除首层和2层的Y向层间位移角值，7层结构的每一楼层位移角比原有对应四层结构均偏大，如表2。由于6层只在局部有楼板，结构整体质心偏移，加层后地震作用下结构扭转现象明显，表2中7层结构的第2周期扭转系数为0.97；且第3周期及以后加层钢结构部分呈现不规则的局部震型。为调整结构抗扭和抗侧刚度，同时为增加结构冗余度，建立具有多道抗震防线的结构体系，如图2在1到6层的12和18轴框架边跨上，设计增加屈曲约束支撑，详细信息如表3。由表2可见，加支撑后的7层结构刚度明显增大，自震周期值（1.078s）介于到4层结构（0.928s）和7层结构（1.173s）之间；由于支撑的设置使刚度强轴方向转变为Y轴，原有加层结构扭转现象消除，4、5层层间位移角差异减小，结构的局部震型消失。

图4 柱包钢和基础加大截面

表1 结构信息对比

表2 结构周期对比

表3 屈曲约束支撑参数

2.2 新增钢柱脚连接节点设计

在确定新加钢柱脚为刚性节点后，如何通过配筋构造实现钢柱与原有混凝土柱头的有效传力，避免混凝土向钢柱过渡时刚度的突变，保证新增框架水平高度与原有楼层严格一致，便捷的安装屈曲约束支撑，这些是施工图设计中的难点。根据本工程实际条件进行设计节点构造如图3所示。该节点工艺可实施性较强，同时满足设计要求。

改造中先凿除原屋面细石混凝土层之上的柔性防水层。在钢柱脚底设置混凝土柱头，在屋面周边和新加柱脚节点之间，设置大于600mm高卧梁，通过柱头和卧梁来增加钢框架底部整体性。新增混凝土柱头植筋前，为保证框架柱加固角钢在柱端部的有效锚固，在角钢端部焊接直径较小的钢筋穿过梯形梁牛腿，延伸出屋面后用钢板条在水平方向焊接连接。之后在柱头区域内植入6根直径25三级钢筋，在柱体内有足够锚固长度，同时延伸高出卧梁顶大于100mm长，给植筋端头在卧梁顶留出与钢柱底板焊接的空间，通过调节钢筋长度可使柱底板处在合适的水平高度上，使新增钢框架楼层与A段原有楼层保持高度一致。钢柱脚底板上设有四个M16锚栓孔，但由于柱端钢筋密集，植筋钢筋很难对应锚栓孔位置，在设定好柱脚底板水平高度后，将底板与植筋钢筋端部焊接；同时埋入一定长度锚栓钢筋，在底板上将螺帽栓紧。为预防钢柱脚直接连接混凝土楼层的引起柱体的刚度突变，采用在钢管柱底部的外包混凝土柱，外包柱高出卧梁顶部1m。钢管外部設直径16mm的剪力栓钉，间距200mm，以保证钢管与混凝土有效粘结和协同工作；为防止钢管壁屈曲，在钢管内部设置十字加劲肋。屈曲约束支撑的安装采用在卧梁端部设置由钢筋端头加锚栓连接两块20mm厚钢板的预埋连接件，钢板之前的高度可随梁高而调节，待混凝土梁结硬完毕，支撑端板一侧焊接在预埋钢板上，另一侧焊在钢管柱壁；避免了在混凝土梁柱上植筋和做连接钢底板的常规做法。施工时混凝土分二次浇筑，先浇筑出与卧梁和混凝土柱头，确定钢柱底板高度后，对外包钢筋混凝土柱进行二次浇筑。

图3 新增钢柱脚节点

3 静力弹塑性分析

PKPM软件中支撑被定义为弹性杆件，在结构刚度变大和地震周期变短后，每层地震力有不同幅度的增加，并不能显示支撑耗能和对结构整体破坏机制的影响。采用Etabs软件对有无设置屈曲约束支撑加固的七层混合结构进行静力弹塑性分析。模型中将梁、柱和支撑的失效破坏通过塑性铰定义，采用程序的M铰模拟梁的塑性性能，采用P-M-M铰模拟柱的塑性性能，梁和柱的塑性绞均设在构件两个端部。采用P轴力铰模拟屈曲约束支撑的塑性性能，根据表3中的产品信息，指定了支撑P绞的轴向正、负屈服承载力以及屈服位移参数，P铰设在支撑杆长中心位置。模型经过静力弹塑性计算后，结构基底剪力和推覆监测点处位移关系如图4所示。极限状态下结构塑性绞分布如图5。在有支撑情况下，结构基底剪力明显增大，屈曲约束支撑对于结构有明显的地震防线作用，在监测点达到一定位移值（86.3mm）时，基底剪力到达峰值点，此时支撑斜杆先于框架梁、柱屈服，多处支撑的P绞达到塑性失效水平，结构出现一定卸载，但结构并未倒塌失效；之后基底剪力重新增长，在多处出现梁绞的情况下，结构被推覆至破坏。如图5（a）所示为监测点达到最大位移值时加支撑的7层混合结构塑性绞分布，由图可见加层钢结构部分除了支撑杆件，其他部位未出现塑性铰。图5（b）的未加支撑的7层混合结构，推覆位移发展较快，在达到一定值时（163.3mm），1层柱底普遍出现塑性铰，结构被推覆至破坏。由此可见，在有支撑加固情况下，屈曲约束支撑充当起结构的第一道抗震防线，推覆过程中塑性绞集中出现于框架梁端，结构在出现大量梁绞破坏而达到极限承载力，从而实现加层后结构的“强柱弱梁”抗震破坏机制。

图4 Y向结构基底剪力-监测点位移

图5 结构破坏机制

4 结语

建筑框架结构抗震加固工作对于我国经济的发展、社会的稳定具有重要意义。随着近年来我国地震灾害的频发，做好建筑框架结构抗震加固的工作，对减少灾害中生命和财产的损失有着极大的帮助。综上所述，本文通过结合具体的工程实例对建筑框架结构抗震加固设计作了探讨，旨在能为类似的设计工作提供范例。

参考文献：

[1]盛宝平、万巍.某多层框架结构教学楼的抗震加固工程技術.山西建筑.2011（36）.

浅谈建筑框架结构设计 第4篇

1 建筑框架结构设计的原则和重点

(1) 建筑框架结构设计原则, 对于房屋来说首先要考虑的就是房屋的稳定性, 以防止地震或者是狂风暴雨的袭击, 对于框架结构设计中的抗震验算, 根据不同的建筑和楼盖的整体性从而决定采用刚性、柔性或者是刚柔性理论来进行计算, 同时结构抗震验算还要考虑建筑场地类别的不同。在设计过程中将建筑设计成为双向梁柱刚接体系, 可以更好地增加房屋建筑的稳定性。对于雨蓬和阳台的的建设时应该充分的考虑到抗扭这个因素, 它一般应该是梁中心线处板的负弯矩乘以跨度的一半得出的结果。

(2) 建筑框架结构设计的重点, 应该重点考虑到建筑的布局不规则时, 结构设计应该根据当地的实际布局做出合理调整。在计算梁柱的过程中, 一定要使用TAT或SATWE三维软件。三维立体框架比平面框架更能够接受实际承受力的状态。在设计过程中对于房屋建筑的稳定性应摆在首位, 所以针对地震力和风力所采用的抗侧移刚度分配, TAT或SATWE的计算能够做到更加的精确, 还有一个特点就是快速方便, 三维软件计算可以省去单榀框架的过程, 可以将整栋楼进行归并。利用现代化的先进技术可以将建筑的质量和安全得到最大的保证。

(3) 建筑框架中板柱结构节点的构造, 由于板柱节点处楼板的抗冲击能力比较弱, 在柱子的周边的板子里面没有设定抗冲击的钢筋或者本身的设置存在一定的问题, 导致节点处不平衡的弯矩对楼板造成了一些附加的剪应力。所以对于板柱节点的构造应该适宜的采用托板的板柱节点。由于托板的根部厚度能够达到柱纵筋的直径的16倍为佳, 这样对地震作用和风荷载等都有很强的抵御作用。同时可以在柱上板中设置暗梁, 也可以保证板柱节点的稳定性。

2 建筑框架结构的设计技术策略

2.1 基础平面图和详图的设计

地基较软或不均匀的建筑适合选用柱下条基。如果节点基础下有枯井或防空洞时, 可以使用较大的厚板跨过。混凝土的节点基础下应当做垫层, 如果基础下有防水层, 应充分考虑防水层的厚度。如果建筑物的地下室外墙是混凝土, 对应楼层的基础梁可以取消。沉降缝两侧的墙体基础必须分开, 地面以下的伸缩缝和抗震缝等不能设缝, 应加强与地面的连接。如果新建的建筑物周围有建好基础, 建筑物的基础应当浅于周围建好基础。基础之间的净距离应当大于两者高差的1.5倍或2倍。

2.2 梁详图的设计

如果梁上有挑梁端部或次梁处, 应当在梁上附加吊筋和箍筋, 优先考虑附加箍筋。梁上的水箱和小柱下, 不用加附加箍筋, 在结构设计的总说明处画对应的节点。当建筑物的外部梁之间跨度较小是, 各个梁高应相等。当建筑梁底与外窗顶部距离较小时, 应当将梁高加大至外窗顶部。建筑外部框架的梁外皮应与柱外皮平行, 柱与梁之间的偏心应当大于柱宽的1/4, 小于柱宽的1/3。

2.3 柱详图的设计

如果建筑框架地上结构为圆柱, 低下结构应改为方柱, 便于施工。圆柱的纵筋数量应多于8根, 箍筋采用螺旋箍, 并在柱详图中标明柱端部的水平段。方柱的箍筋应选择井字箍, 并按照严格的规范要求加密。对于异型柱结构, 一排梁纵筋的根数不应过多, 柱端部的纵筋不能过密, 避免节点处混凝土浇筑出现困难。柱构件应尽量选择强度较高的混凝土, 减少断面处的尺寸。

2.4 提高设计人员专业素质

建筑框架结构设计人员应当结合建筑特点和设计要求, 不断提高自身的专业知识和实践能力, 满足人们对建筑的要求。嵌固端楼板、嵌固端上下层刚度比和建筑结构抗震缝与嵌固端位置之间的协调性等问题, 是技术人员和设计人员工作的难点, 设计人员设计时应全面考虑各个环节, 以免对日后的施工工作和结构设计造成影响。

3 结语

对于框架结构的设计和实施是建筑的基础, 随着中国人口的增加人们对于房屋建设的需求也越来越大, 但是房屋建设出现的事故也逐渐的增多, 框架结构设计技术的不断创新关系到国家建设的发展、经济的发展以及社会的安定。本文结合实际设计经验讲述了建筑框架结构设计的重点、框架结构内部构造以及需要注重的问题出发, 阐述了框架结构的重要意义。积极的引进新型的建筑框架设计技术, 和国际化的技术相接轨, 建筑的安全性关系到了人民的生命财产安全以及社会的稳步发展, 所以针对建筑框架结构中出现的问题一定要准确的监测和把握, 从根本上保证建筑的安全和稳定性。

摘要：随着社会的不断发展以及城市化进程的不断深入, 在中国不断的刮起一股股的建设狂潮, 不断的满足日益增长的人口压力。对于建筑来说结构设计是建筑工程设计的重要环节, 是保障建筑结构安全和适用性的基础, 本文结合本地区建筑的实际情况, 从建筑框架结构设计原则和重点、建筑框架中柱、梁、板的构造、建筑框架结构中需要注意的问题几个方面细致的介绍了框架结构的重要性, 从实际问题出发更好的建设出让人们放心的建筑。

关键词：建筑,框架结构,设计技术

参考文献

[1]梁丽芳, 都军花.浅谈建筑框架结构设计存在问题及对策[J].科技创新导报, 2012 (11) .

[2]于桥.建筑框架结构设计原则及存在问题和解决措施[J].山西建筑, 2013 (04) .

[3]黎纯向.建筑工程框架结构设计存在的问题及处理对策[J].门窗, 2012 (14) .

[4]郭文娟.多层房屋建筑框架结构施工技术探讨[J].科技创新导报, 2012 (17) .

框架建筑结构设计 第5篇

(1)地上为圆柱时，地下部分应改为方柱，方便施工。圆柱纵筋根数最少为8根，箍筋用螺旋箍，并注明端部应有一圈半的水平段。方柱箍筋应使用井字箍，并按规范加密。角柱、楼梯间柱应增大纵筋并全柱高加密箍筋。幼儿园不宜用方柱。

(2)原则上柱的纵筋宜大直径大间距，但间距不宜大于200.

(3)柱内埋管，由于梁的纵筋锚入柱内，一般情况下仅在柱的四角才有条件埋设较粗的管。管截面面积占柱截面4%以下时，可不必验算。柱内不得穿暖气管。

(4)柱断面不宜小于450x450，混凝土不宜小于c25，否则梁纵筋锚入柱内的水平段不容易满足0.45la的要求，不满足时应加横筋。异型柱结构，梁纵筋一排根数不宜过多，柱端部纵筋不宜过密，否则节点混凝土浇筑困难。当有部分矩形柱部分异型柱时，应注意异型柱的刚度要和矩形柱相接近，不要相差太大。

(5)柱应尽量采用高强度混凝土来满足轴压比的限制，减小断面尺寸。

(6)尽量避免短柱，短柱箍筋应全高加密，短柱纵筋不宜过大。

(7)考虑到竖向地震作用，柱子的轴压比及配筋宜留有余地。

(8)独立柱上或柱的中部(半层处)有挑梁时，挑梁长度应有限制。

浅析混凝土建筑框架结构的设计 第6篇

摘要：在现代建筑结构设计中，框架结构已经成为一种非常常见的结构形式，尤其在高层建筑中得到了广泛应用。目前国内一般的建筑框架结构设计研究相对较多，且设计技术也较为成熟，而对于异形柱框架结构的设计研究还相对较少。事实上，异形柱框架结构与其他建筑结构相比，各方面的要求都要更加严格，所以在具体设计时，设计人员要十分注意，以免影响建筑物的整体质量。本文就以异形框架结构为例，来详细探讨混凝土建筑的框架结构设计问题。本文首先介绍了异形柱框架结构的设计要点；其次概述了异形柱框架结构的计算方法，最后探讨了其计算要点，希望能够为我国建筑结构的发展提供借鉴。

关键词：异形柱框架结构；设计；要点

目前我国的建筑多为混凝土建筑，与普通的砌块建筑相比，混凝土建筑的 整體性更好，结构形态也更多。其中异形柱框架结构就是这样一种建筑结构形式。异形柱框架结构在设计时，尤其是要注意抗震等级的设计，不同的建筑物类型对抗震等级有不同的要求，建筑选择的结构不同，抗震等级的要求也不同，因此设计人员应该按照异形柱框架结构的各种参数，来确定抗震等级，必须保证建筑物的抗震等级符合要求，保证建筑的质量。

一、异形柱框架结构设计要点

异形柱框架结构是建筑物中经常使用的结构，这些结构具有一定的优势，但是如果在设计过程中，不注重细节，其劣势就会显现出来，影响建筑物的整体设计质量，因此一定要遵循相应的设计原则。

1、结构布置

异形柱框架结构不同于其他结构，在对其布置时需要遵循很多原则；首先，在布置时，要使平面尽可能的对称，这样布置的主要目的就是能够让平面和刚度保持均匀的状态，该结构有两个主轴，在对其进行布置时，一定要和谐，否则不利于扭转设计，如果在布置时无法平面对称，就要考虑到结构受力的问题；其次，要布置时要注意双向设置，并且保证框架柱平齐，与此同时要拉通框架梁，这样就不会出现竖向框架梁与横向框架梁彼此支撑的现象，而异形柱框架结构就会有足够的空间来承载一定的压力。这样布置最大的优势就是使异形柱框架正整体性能得到有效的提升，尤其是抗震性能方面；最后，如果需要竖向布置，一定要选择不交规则的材料，布置时要考虑应力的问题，不能过分的外挑，也不能过分的内收，如果布置不当，楼刚度就会发生突变，如果没有特殊的要求，坚决不能采用错层布置的方式。

2、抗震等级

这是设计的关键也是必须要考虑的问题，通常情况下异性框架结构的建筑抗震等级要求不同，设计人员要根据建筑物的高度以及选择的具体的结构类型来确定抗震等级。有很多计算抗震等级的方法，每种计算方法都各有优势也劣势，设计人员要根据具体情况具体选择，但是无论选择哪种计算方法，都要符合国家规定。

3、确定设计的各项参数

比如建筑物的高度，之后再根据其高度确定建筑物的高宽比等，这些参数都调查清楚，才能开始设计方案。比如如果建筑物要求的抗震等级为7级，而且其高度为35m，建筑物的层数为12，这时就能够确定出建筑物的高宽比，正常情况下是5。另外，还要根据建筑的各项参数确定长细比，一旦确定失误，建筑物就会出现不稳定的情况。

4、注重异形柱结构的延性以及粘结性

如果在设计时，异形柱属于单调荷载，尤其是反复荷载，这时如果不采取有效措施，异形柱的粘结性就会遭到严重的损害，而且延性也会受到相应的影响。影响异形柱结构延性以及粘结性的因素有很多，比如高宽比、轴压比等，因此控制器延性的关键就是控制好这些影响因素，一般情况下，高宽比要在3和4之间。因为异形柱框架结构普遍存在的问题就是肢厚比较小，有些甚至于框架梁宽度相同，因此异形框架柱的锚固能力与其他结构相比差距很大，所以要选择合适的纵向钢筋，尤其是对钢筋直径要求更加严格。如果在设计时，不希望出现短柱，那么在选择异形柱时，其肢高要适度的短一些，但是这又不符合锚固粘结的要求，为了能够更好的解决这一问题，设计人员通过计算得出异形柱肢高在50至70cm最适宜，这样就符合梁纵筋直径的要求，也不会出现短柱的情况。

二、异形柱的结构计算方法

1、直接计算法

根据国内外的部分试验结果，进行统计分析，拟合成经验公式。即按T型截面分别计算出纵向力作用x轴及y轴，考虑相应的初始偏心距增大系数后，按仅考虑曲肘边纵向受力钢筋计算的偏心受压构件所能承载的纵向力Nx和Ny，然后以初始偏心距与截面边长的比值为参数进行修正。

2、等代矩形柱计算法

将异形柱截面折算成惯性矩相等的矩形截面且将等代矩形柱的形心置于异形柱两肢杆轴线的交点上；将其输入空间分析程序（如TBSA）进行位移和内力计算，可简化工作量；以上电算输出的是作用在等代矩形杆形心处的组合内力，需将其回归到各个单肢截面的形心处。这样每个单肢就可按其各自的组合内力进行正、斜截面的配筋计算。这种用面积等效换算作抗压抗剪分析的方法在工程中应用较多，但用这种方法计算时应明确的是：按矩形柱计算时得出的内力要转换到异形柱上断面形心的位置.然后按异形柱计算配筋。

3、先配筋再复核法

对于有经验的设计人员，在参考一些相关算例的前提下，可以先对异形柱配筋再复核截面就显得更为简便，截面复核时可分x轴和y轴均按T型截面分别复核。

不论是哪种计算方法，都可以参与GB 50010 2002混凝上结构设计规范有关偏心受压构件的内容来进行计算。

三、异形柱框架结构的计算要点

1、剪跨比

剪跨比是反映柱截面所受弯矩与剪力相对大小的一个参数，是影响框架柱破坏形态的最重要的因素。控制剪跨比即控制柱净高与柱截面肢长之比。由于异形柱的抗剪性能差，选择异形柱截面时，为避免出现短柱，控制 > 4，亦即 >2。

2、轴压此的限定

轴压比是指柱组合的轴压力设计值与柱全截面面积和混凝土抗压强度设计值乘积之比。即。它是影响柱破坏形态和变形能力的另一个重要因素。有关研究结果表明：轴压比对异形柱的影响远远超过对普通矩形柱的影响，为保证异形柱的延性，必须严格控制轴压比，柱应具有足够大的截面尺寸，以防止出现小偏压破坏，并应满足抗震要求，同时避免长细比小于4的短柱。由于异形柱的截面积比具有相同抗弯刚度的矩形柱小，因此用矩形柱替换后计算出的轴压比数值不能直接应用于异形柱。而异形柱的轴压比的限值在规范中又无详细规定，考虑到异形框架柱的抗扭、抗震性能较差，一般认为，设计中应按《混凝土结构设计规范》规定的轴压比限值减少0.05选用。

四、结语

综上所述，可知异形柱框架结构在设计时，要遵循很多的原则，无论是结构布置，还是建筑物的各项参数，都必须在事先调查的基础上，进行设计与确定，否则会造成严重的后果。异形柱的计算方法有很多，设计人员要根据建筑的具体情况来选择合适的方法，以减少计算的工作量，但是也不能因为工作量的原因，而选择适合的算法面，这只会产生事倍功半的效果。

参考文献：

[1] 王铁成，张学辉，康谷贻. 两种混凝土异形柱框架抗震性能试验对比[J]. 天津大学学报. 2007（07）

[2] 田承昊，王铁成，刘旭华，孙金云. 低周反复荷载作用下钢筋混凝土异形柱框架的滞回性能分析[J]. 应用科技. 2007（02）

试析建筑框架结构异形柱设计 第7篇

1异形柱框架体系的特点

1.1布置灵活

采用异形柱框架结构进行建设的建筑中的墙壁通常不具备承重作用, 所以在对这类建筑进行设计及施工时可以将一些材质较为轻巧的材料作为其墙壁建设的原材料, 再加上这种结构异形柱所受的约束较小, 所以在对其进行布置时具有很强的灵活定, 不仅在空间行扩大的建筑的使用需要, 还在性能上为建筑用户提供更多的便利。

1.2质量轻刚度高

异形柱框架结构具有极强的稳定性, 在地震灾害发生时其会具有比矩形框架结构高出几倍的抗震性能, 这是由于其施工材料质地相对轻巧、结构及材料高度高等因素决定的, 在自然再好频发的今天, 这种抗灾性能较好的结构方式在很大程度上增强了建筑的安全性, 因此随着建筑行业发展, 这种结构在建筑工程中的应用范围越来越广。随着人们生活水平提高, 人们对建筑的舒适性和安全性追求越来越多, 这就为框架结构异形柱在建筑工程总的应用奠定了基础。

1.3性价比高

在建筑结构设计和具体施工中选用异形柱尽管使得工程使用的困难性有所增加, 但其在工程中得以运用能够有效降低工程的施工程度, 还能在很大程度上增大建筑的室内空间、延长建筑的使用寿命, 所以异形柱具有非常高的性价比, 能够促进建筑所获得的经济收益增加, 同时还能使建筑企业的信誉的得到提升, 使其树立起一个良好的企业形象。

建筑框架结构异形柱设计施工从投入使用至今已经有利很长时间的发展过程, 经过不断的实践和完善, 目前已经具备了完善的施工和设计条件, 同时还拥有了较为熟练的施工技巧, 能够达到人们对建筑安全指数和观赏性高的要求, 该结构在建筑设计中使用可以使建筑空间得以扩展, 同时提高建筑室内空间使用的灵活性。另外, 由于异形柱结构具备砖混结构所具有的所有优势特点, 因此异形柱可以替代砖混结构在建筑设计和施工中使用, 使在砖混结构建设中的一些问题得到避免和解决。

2异形柱框架结构的设计要点

2.1适用高度及高宽比、长细比、肢长等限制

2.1.1异形柱框架在7度抗震设防烈度区, 要求房屋高度≤35m, 高宽比不宜超过5;8度区房屋高度≤25m, 高宽比不宜超过4。

2.1.2柱净高与截面长边之比即长细比应≤8, 但不宜<4。根据砼结构规范.长细比<4即短柱, 短柱在压剪作用下往往发生脆性的剪切破坏, 设计中应尽最避免出现短柱。长细比>8, 易引起附加偏心矩, 对轴压构件及小偏心受压构件承载力影响较大。

2.2异形柱框架结构设计构造

2.2.1柱纵筋与箍筋设置形式有“L”、“T”、“十”及双排布置等形式。在同一截面内, 纵向受力钢筋宜采用相同直径, 其直径应≥14mm, 且小于25mm:纵筋间距>250mm时, 应设置纵向构造筋, 其直径可采用12mm, 并设拉筋, 拉筋间距为箍筋间距的两倍。

2.2.2柱截面厚度<200mm时, 纵向受力钢筋每排不应多于2根;肢厚在200~250mm时, 每排钢筋不应多于3根, 必要时可分二排设置, 二排钢筋之间的净距不应<50mm。

2.2.3框架柱中全部纵向受力钢筋的配筋率:抗震等级为2级时, 中柱、边柱不应<0.7%, 角柱不应<0.9%;抗震等级为3级时, 中柱、边柱不应<0.6%, 角柱不应<0.8%。框架柱中全部纵向钢筋的配筋率, 抗震设计时, 对Ⅱ、Ⅲ级钢筋不宜>3%。

2.2.4框架柱应采用复合箍.严禁采用具有内折角的箍筋, 箍筋必须做成封闭式, 箍筋末端做成≥135°的弯钩, 弯钩端头直段长度不应<10d (d为箍筋直径) 。

2.3抗震等级对异性柱框架设计的影响

异形柱框架结构应根据结构类型、房屋高度及抗震设防烈度采用不同的抗震等级, 并应符合相应的计算和构造措施要求。根据规定:抗震设计防烈度为7度, 房屋高度<22m时, 为三级抗震.高度>22m时, 为二级抗震;抗震设防烈度为8度, 房屋高度≤25m时, 为二级抗震。有些地区的《规程》还规定了异形柱框架结构只适用于抗震设防烈度为7度及7度以下的地区且房屋高度不超过35m。

异形柱框架结构不同于砖混结构, 框架应当双向设置, 增加平衡性, 框架柱应该对齐, 同时拉通框架梁, 避免横向和纵向的框架梁相互支撑产生不利影响, 使得异形柱框架结构形成空间受力。这样做的另一个好处, 就是可以让建筑具有良好的整体性, 从而增加异形柱框架结构建筑的整体抗震性能。在地震作用下, 异形柱框架结构最大弹塑性层间位移通常发生在结构底部。常见的加强薄弱层的措施应在底层设置支撑、芯柱, 利用已有构件, 如适当加强底层楼梯的设计, 使其与框架有可靠的连接以产生支撑作用, 同时考虑到受力的复杂性, 可在设计时将基础与底层异形柱的连接部位改设为矩形柱, 有利于抗震。

2.4如何减轻扭转力对建筑的影响

在开展异形柱设计工作时人们需要对其结构在平面角度的对称性进行综合考量, 这样能够促使建筑的平面结构刚度的匀称性得到增强。在设计中设计人员需要对其机构的主轴记性统筹调整, 通过对其方向和位置进行调整防止由于平面设计不对称给建筑工程造成不良效果。因此, 若在施工过程中发现已经发生了不对称的情况就要重视通过评估来扭转其对结构受力造成的破坏, 提高结构的稳定性。

3结论

综上所述, 现代建筑建设过程中的框架异形柱设计及施工是一件非常复杂的工作, 在整个框架异形柱结构建设时相关工作人员需要对可能影响结构建设效果的各种元素都进行考量, 经过科学严格的设计之后才能投入到施工当中, 这样才能确保建筑的稳定性、抗震性、耐用性等性能得到增强, 同时合理设计和利用异形柱框架结构还能使建筑内部空间得到优化, 使建筑的各项性能得到更充分的发挥, 使我国的建筑行业设计及建设水平得到进一步提高, 推动我国经济和城市建设水平提高。

参考文献

[1]韦宗成.浅谈建筑工程中异形柱框架结构的设计[J].科学之友, 2011 (5) :67-68.

框架结构设计要点 第8篇

关键词：框架结构,概念设计,模型调整,构造措施

框架结构, 拥有大跨度开敞的空间, 可以较为灵活自由的布置使用功能, 被广泛用于公共建筑、商业建筑、地下车库等, 也部分用于住宅、厂房等建筑, 是最为常用的结构形式之一。框架结构, 具有跨度较大、适用高度较小、抗侧刚度较小、强柱弱梁不易保证、非结构构件对框架柱有明显影响等一些特点, 因此, 在其设计过程中, 要注意以下要点。

1 结构的平面布局和结构构件的布置

1.1 结构的整体布置。

结构整体的布置应注意从概念设计的角度保证其平米简单, 布置均匀, 具有较好的平面刚度;并应使柱在上下层贯通, 保证抗侧刚度的连贯性。还应注意结构应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性及耗能等性能。

《抗规》3.4.2建筑设计应重视其平面、立面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经济合理性的影响, 宜择优选用规则的形体, 其抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小、避免侧向刚度和承载力突变。

1.2 构件截面尺寸的选择。

基本布置好梁柱构件的位置后, 在具体选择梁、柱的截面尺寸时, 要注意从强度和刚度两方面考虑。具体来说, 强度方面, 对柱要满足承载力的要求和轴压比限制等, 对梁来说则要满足抗弯抗剪和受压区高度等限制;刚度方面, 最主要的就是强柱弱梁的控制, 尽可能使柱的线刚度与梁的线刚度的比值大于1, 以达到在罕遇地震作用下, 梁端形成塑性铰时, 柱端处于非弹性工作状态而没有屈服, 节点仍处于弹性工作阶段的目的。即规范所要求的“强柱弱梁强节点”。

《抗规》3.5.5条结构各构件之间的连接, 应符合下列要求:第一点:构件节点的破坏, 不应先于其连接的构件。

2 整体计算参数的选择和模型的调整

目前结构计算一般多是采用PKPM, YJK, MIDAS等设计软件进行电算。软件的采用大大加快了设计的效率, 但我们在使用软件时应特别注意输入参数的选择和对模型的调整。

2.1 以常用的PKPM软件SATWE计算程序为例, 对框架结构在输入时需特别注意以下几项参数的选择:

规则性:这条是说是否满足《抗规》3.4.3条结构规则性的要求, 根据实际工程来选择;

是否偶然偏心和双向地震:对于常用的多层框架结构, 一般是按考虑双向地震;

周期折减系数:对框架结构这条很重要, 它反映了结构中填充墙对主体结构的影响, 由于框架结构的填充墙一般较多, 此项数值一般按0.7~0.8选择。

场地类别、设防烈度、抗震等级、结构周期等, 这些项属于结构计算类参数, 是结构计算的主要依据, 要根据实际情况进行填写。

2.2 模型的调整, 要根据计算结果合理判断, 需注意以下几点:

首先, 结构的周期一般是最应注意的。结构的第一周期即主震型应为平动振型, 第一周期值约为层数的0.1倍。

其次, 要注意结构的位移要求。结构的位移角要满足《抗规》5.5.1条对位移的限制, 对框架结构来说, 层间位移角要小于1/550。结构的位移比要满足《抗规》3.4.3条和3.4.4条对结构规则性的要求, 位移比尽量小于1.2。

再次, 要注意柱轴压比的限制, 根据该结构的抗震等级, 满足《抗规》6.3.6条关于柱轴压比限值的要求。如三级抗震的框架结构, 柱轴压比不超过0.85。这一条主要控制着柱截面的选择和柱混凝土标号的选取。

最后, 在模型调整过程中, 还应注意满足结构的刚度比、剪重比、刚重比等要求, 才能保证计算结果的合理性。

3 框架结构的一些构造措施

合理的设计, 除了要经过计算, 还要保证其满足构造措施。

构造措施一般有两方面主要考虑:一是使得结构的受力等符合计算模型的要求, 二是对结构的重点部位进行加强, 使其满足概念设计的要求。

框架结构的构造措施, 主要要注意以下几个方面:

3.1 最小截面要求和合理的截面选取, 即能满足构件计算和延性的基本截面要求, 也是满足强柱弱梁等设计理念的要求。

《抗规》6.3.1梁的截面尺寸, 截面宽度不宜小于200mm;《抗规》6.3.5柱的截面尺寸, 四级或不超过2层时不宜小于300mm, 一、二、三级且超过2层时不宜小于400mm;

一般来说, 梁的截面选取, 应根据跨度, 取跨度的1/12左右为宜, 对于跨度不太大的情况, 梁截面大约取200*400~300*800左右;而柱的截面要考虑其负荷面积和楼层高度等, 并应考虑梁柱节点的强柱弱梁, 截面一般是400*400~800*800之间。

3.2 合适的配筋率, 即不应出现少筋或是超筋的情况, 使得结构拥有较好的延性, 而不是出现脆性破坏。

对框架梁一般情况下其配筋率宜取0.4%~1.5%, 框架柱的全部纵向受力钢筋的配筋率宜取1%~3%。无论在何种情况下, 均应满足《抗规》6.3.4条和6.3.7条所规定的最大、最小配筋率的要求。

3.3 箍筋的设置和角柱、短柱等的加强。

箍筋的设置主要有两方面作用, 一是对梁、柱形成有力的约束, 从而加强其内部混凝土的承载能力, 二是可以抵抗斜截面方向的剪力。因此对于抗震设计中受轴力较大或是剪力较大的区域应重点加强。

具体说来有以下一些需要注意的地方:

一是框架梁、柱的端部区域, 这些区域一般是剪力最大的位置。

二是框架梁上有次梁搭接的位置, 次梁传过来的集中力使得这些位置的剪力较大。

三是对于截面有开洞等削弱的区域, 需加强箍筋配置。

四是对于角柱和短柱等受剪力较大的柱需全长加密。

五是对轴压比较大的柱和纵筋配筋率较大的梁需全长加密。

4 结论

对框架结构来说, 要从概念设计, 模型计算, 构造措施三方面考虑, 才能使结构的设计更为合理, 满足技术先进、经济合理、安全适用、确保质量, 成为一个优秀的设计作品。

参考文献

[1]混凝土结构设计规范.GB50010-2010.中华人民共和国住房和城乡建设部.

[2]建筑抗震设计规范.GB 50011-2010.中华人民共和国住房和城乡建设部.

[3][美]林同炎、S.D.思多台斯伯利著, 王传志等译.结构概念和体系.

建筑框架结构设计心得体会 第9篇

关键词：建筑框架结构,设计,措施

随着建筑造型和建筑功能要求日趋多样化, 无论是工业建筑还是民用建筑, 建筑框架结构设计作为现行比较常用的实际模式, 已经广泛应用在各类建筑中, 在结构设计中遇到的各种难题也日益增多, 因而作为一个结构设计者需要在遵循各种规范下大胆灵活的解决一些结构方案上的难点、重点。

1 建筑框架结构设计的说明

建筑框架结构设计的主要设计依据, 抗震等级, 人防等级, 地基情况及承载力, 防潮抗渗做法, 活荷载值, 材料等级, 施工中的注意事项, 选用详图, 通用详图或节点, 以及施工图中未画而通过说明来表达的信息。如混凝土的含碱量不得超过3kg/m3等等。

1.1 建筑结构类型及概况, 建筑结构安全等级和设计使用年限, 建筑抗震设防分类、抗震设防烈度 (设计基本地震加速度及设计地震分组) , 场地类别和钢筋混凝土结构抗震等级、地基基础设计等级、砌体结构施工质量控制等级, 基本雪压和基本风压, 地面粗糙度, 人防工程抗力等级等。

1.2 设计±0.000标高所对应的绝对标高, 持力层土层类型及承载力特征值, 地下水类型及标高、防水设计水位和抗浮设计水位, 地基液化, 湿陷及其它不良地质作用, 地基土冻结深度。

1.3 设计活荷载值。

1.4 混凝土结构的环境类别、材料等级、强度等级、材料性能 (包括钢材强屈比等性能指标) 和施工质量的特别要求等。

1.5 受力钢筋混凝土保护层厚度, 结构的统一做法和构造要求, 现行规范规程及标准图选用, 以及在施工图中未画出而通过说明来表达的信息。

1.6 建筑物耐火等级、构件耐火等级。

1.7 施工注意事项, 如后浇带设置、封闭时间及所用材料性能、施工程序、专业配合及施工质量验收的特殊要求等。

2 建筑框架结构设计的原则与措施

2.1 建筑框架结构设计原则

(1) 抗震验算时不同的楼盖及布置 (整体性) 决定了采用刚性、刚柔、柔性理论计算。抗震验算时应特别注意场地土类别。8度超过5层有条件时, 尽量加剪力墙, 可大大改善结构的抗震性能。框架结构应设计成双向梁柱刚接体系, 但也允许部分的框架梁搭在另一框架梁上。应加强垂直地震作用的设计, 从震害分析, 规范给出的垂直地震作用明显不足。 (2) 雨蓬不得从填充墙内出挑。大跨度雨蓬、阳台等处梁应考虑抗扭。考虑抗扭时, 扭矩为梁中心线处板的负弯距乘以跨度的一半。 (3) 框架梁、柱的混凝土等级宜相差一级。 (4) 由于某些原因造成梁或过梁等截面较大时, 应验算构件的最小配筋率。 (5) 出屋面的楼电梯间不得采用砖混结构。 (6) 框架结构中的电梯井壁宜采用粘土砖砌筑, 但不能采用砖墙承重。应采用每层的梁承托每层的墙体重量。梯井四角加构造柱, 层高较高时宜在门洞上方加圈梁。因楼电梯间位置较偏, 梯井采用混凝土墙时刚度很大, 其它地方不加剪力墙, 对梯井和整体结构都十分不利。 (7) 建筑长度宜满足伸缩缝要求, 否则应采取措施。如:增大配筋率, 通长配筋, 改善保温, 铺设架空层, 加后浇带等。 (8) 柱子轴压比宜满足规范要求。 (9) 当采用井字梁时, 梁的自重大于板自重, 梁自重不可忽略不计。周边一般加大截面的边梁。 (10) 当建筑布局很不规则时, 结构设计应根据建筑布局做出合理的结构布置, 并采取相应的构造措施。 (11) 当地下水位很高时, 暖沟应做防水。一般可做U型混凝土暖沟, 暖气管通过防水套管进入室内暖沟。有地下室时, 混凝土应抗渗, 等级S6或S8, 混凝土等级应大干等于C25, 混凝土内应掺人膨胀剂。混凝土外墙应注明水平施工缝做法, 一般加金属止水片, 较薄的混凝士墙做止水片较难。

2.2 建筑框架结构设计措施

在用PKPM软件计算梁柱时, 应尽量采用TAT或SATWE三维软件。第一, 计算结果更接近实际受力状态, 如地震力或风力是按抗侧移刚度分配, 而不是按框架的楼面从属面积, 还如从框架柱出挑的梁和从次梁出挑的梁, 因次梁的支座 (框架梁) 发生下沉变形, 内力重分布, 从框架柱出挑的挑梁配筋将较大。第二, 快速方便, 三维软件整体计算, 不必生成单榀框架, 再人工归并, 可整楼归并。第三, TAT或SATWE还可以进行井式梁的计算, 由于PKPM软件计算梁时仅按矩形计算, 而井式梁的断面较小, 有可能超筋, 此时可取出弯距再按T型梁补充计算, 不必直接加大梁高。在绘制施工图时, 较大直径的钢筋连接宜用机械连接取代焊接, 造价相差不大, 但机械连接可靠并易干检查。机械连接接头位置可任意, 但一次截断的钢筋不大于50%, 接头位置应错开70d。

3 多层钢筋混凝土框架结构设计

多层钢筋混凝土框架结构是一种由梁和柱以刚接或铰接相连接成承重体系的房屋建筑结构。多层钢筋混凝土框架结构设计文件与图纸是最主要的依据之一, 全面理解设计文件, 并规范进程加以实施, 是结构方案的主要工作。全面理解设计意图和设计要求, 看懂图纸的每项内容, 达到按图纸施工的要求, 对图纸设计中存在的问题通过会审加以解决, 对其遗误加以纠正, 是保证施工质量的前提, 必须认真地组织与实施, 该项工作由甲方或委托监理工程师进行。

3.1 根据设计文件和相关规范、规程、编制和审查施工组织设计。钢筋混凝土框架结构由水平承重体系一各层楼盖和屋盖连接形成空间的整体结构体系。其中各平面钢筋混凝土框架结构形成竖向承重体系, 它们承受由楼盖和屋盖传来的竖向和水平荷载并再传给地基基础。

3.2 做好多层钢筋混凝土框架结构技术交底, 根据设计要求和施工队的技术素质状况对其不熟悉的施工工艺过程, 经批准实施的新工艺、新材料、新结构等, 必须认真进行技术交底。明确各项工艺参数指标、操作方法、质量要求和检测办法, 并认真的加以实施。

3.3 现浇式框架即梁、柱、楼盖均为现浇钢筋混凝土结构。现浇式多层钢筋混凝土框架结构的整体性强、抗震性能好, 因此在实际工程中采用比较广泛。但现场浇筑混凝土的工作量较大。

3.4 预制装配式框架是指梁、柱、楼板均为预制, 通过焊接拼装连接成的多层钢筋混凝土框架结构。其优点是构件均为预制, 可实现标准化、工厂化, 机械生产。因此, 施工速度快、效率高。但整体性较差, 抗震能力弱, 不宜在地震区应用。

3.5 现浇预制框架是指梁、柱、楼板均为预制, 在预制构件吊装就位后, 对连接节点区浇筑混凝土, 从而将粱、柱、楼板在连成整体多层钢筋混凝土框架结构。现浇预制框架既具有较好的整体性和抗震能力, 又可采用预制构件, 减少现场浇筑混凝土的工作量。因此它兼有现浇式框架和装配式框架的优点。

4 总结

以上几点是我在工程设计中对框架结构设计的心得体会, 希望这些设计体会能给各位同行在今后的工程设计中有些帮助, 以提高工程设计的质量。

参考文献

[1]GB 50010-2002.混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[2]GB 50007-2002.建筑地基基础设计规范[S].

框架结构异形柱设计探讨 第10篇

1 异形柱结构受力特征

1.1 适用条件

本着安全适用、技术先进、经济合理的设计原则,异形柱框架结构形式适用于地震烈度7度及以下地区的民用房屋,尤其适用于带错层越层的多层复杂住宅和小高层。《省标》关于异形柱框架结构的适用条件为:7度区总高度不超过24 m,总层数不超过8层;6度区总高度不超过35 m,总层数不超过12层。

1.2 结构布置

在工程设计实践中,异形柱常用截面形式有“L”形,“T”形,“十”字形等,特殊形式还有“Z”形和“一”形。在考虑满足建筑功能要求的前提下,体系以力求布局合理、刚度均匀、力求均衡、减少扭转为布置原则。因此异形柱的合理布局是整个结构布置的关键。柱布置时,宜规整对齐,并按“密柱小梁”的布置思路,平面节点(轴线交叉点)应尽量设柱,避免主次梁搭接。柱间距一般在3 m～6 m之间取值(柱网尺寸不应大于6.0 m×6.0 m);柱应双向拉结,以形成双向刚接框架。对底层大空间的异形柱框架体系,转换层下的支承柱不允许采用异形柱,应全部采用矩形柱。对底层架空层抽柱形成转换层的情况,要求楼板厚度不小于150 mm;上层异形柱与下层矩形框架柱面积比宜接近1;上层异形柱与下层矩形柱的重叠面积不应小于2/3。

1.3 构件尺寸限制

1)柱肢宽度,一般取与墙体相同的厚度(如200 mm),不低于180 mm和不超过250 mm。2)肢长根据2≤肢厚比(肢长/肢宽)≤4的控制指标进行确定,且肢长不宜超过600 mm(考虑角柱扭转明显,肢长应取高值,且箍筋全长加密)。此外,异形柱剪跨比也要控制在2～4范围内。3)框架梁截面高度,尽量满足室内不露梁要求,但不应小于梁计算跨度的1/15,且不宜小于350 mm。梁宽不小于柱肢宽及200 mm。

1.4 构造要求

1)混凝土强度等级不应低于C25,且不应高于C50;纵向受力钢筋宜采用HRB400,HRB335级钢筋,箍筋宜采用HRB335,HRB400,HPB235级钢筋。2)异形柱截面肢高与肢厚比不宜大于4,也不应小于2.5,肢厚不应小于200 mm,肢高不应小于500 mm;框架梁截面高度,抗震设计时不宜小于400 mm,非抗震设计时不宜小于350 mm,截面宽度不宜小于截面高度的1/4和200 mm。3)轴压比限值:异形柱的轴压比限值各地规定不尽相同,但总的来说比普通的框架柱要严。文献[1]规定,抗震等级为三级时,“L”形、“T”形、“十”字形柱的轴压比限值分别为0.6,0.65,0.7;抗震等级为二级时,“L”形、“T”形、“十”字形柱的轴压比限值分别为0.5,0.55,0.6。4)异形柱的配筋要求:在同一截面内,纵向受力钢筋宜采用相同直径,且直径不应大于25 mm,也不应小于14 mm;纵向受力钢筋之间的净距不应小于50 mm,在二级、三级时纵向钢筋的间距不宜大于200 mm;异形柱框架梁的配筋要求:由于柱和梁截面的关系,造成框架梁与柱的节点处钢筋过于密集,在选择纵向受力钢筋时,应根据配筋面积选择较大直径的钢筋,每排钢筋最好不超过2根,若超过时,分成2排布置。5)水平位移限值:最大层间位移角,框架结构为1/600。

2 计算分析与参数控制

2.1 计算模型

对于柱、异形柱、短肢剪力墙和剪力墙等竖向构件,从截面构造上划分,比较统一的认识是:设肢截面高为h,宽为b,当矩形截面1≤h/b≤3且h/b≥300时为柱;当异形截面3<h/b<5时为异形柱;当5≤h/b<8时为短肢剪力墙;当h/b≥8时为剪力墙。它们适用范围不同,构造措施也不同。

其主要区别表现在受力变形方面:1)异形柱是以承受竖向力为主的构件,受力变形接近于矩形框架柱,为剪切变形,计算时应按柱输入;2)普通剪力墙是以承受水平作用为主的构件,属弯剪变形,计算时按墙输入;3)短肢剪力墙变形接近于剪力墙。在结构力学计算中,柱与剪力墙对于整个结构的受力性能影响是大不相同的。选择不同的输入方式,无论自振周期、结构侧移,还是基底弯矩和剪力、梁柱内力,都有很大的影响和差别。

在程序整体计算模型输入时,应注意以下几点:

1)对于肢长与肢宽之比不大于4的异形柱,由于它已接近柱的特征,应按异形柱形式输入;2)对于肢长与肢宽之比稍大于4但不超过5的短肢剪力墙,当其轴压比不高时,建议也按异形柱套用;3)“Z”字形柱,建议按剪力墙建模计算。

2.2 参数选择

SATWE软件应用时,以下几个参数选择很关键:1)框架抗震等级:6度区H≤22 m时,四级;6度设防区房屋高度H>22 m,7度区H≤22 m时,二级;7度区H>22 m时,二级。2)梁柱刚性连接:电算时应注意:由于混凝土异形柱的柱肢较长,梁柱重叠部分较大,因此须点取“梁柱重叠部分作为刚域”选项进行计算。3)柱双偏压:异形柱是双偏压杆件,须采用双偏压计算。4)调整系数:现浇结构中梁刚度放大系数2.0,边梁刚度放大系数1.5;框架结构周期折减系数0.6～0.7。5)全楼强制采用刚性楼板假定。

2.3 计算结果合理性判别

1)位移:异形柱框架结构按弹性计算方法,楼层层间位移与层高之比(Δu/h)应不大于1/550。2)周期:要求结构以扭转为主的第一自振周期Tt与以平动为主的第一自振周期T1之比Tt/T1<0.9,以符合JGJ 3-2002高规第4.3.5条要求。3)轴压比:应满足省标第6.2.1条要求。对轴压比限制目的在于实现强柱弱梁,提高柱的变形能力(延性),防止出现小偏压破坏。

3 异形柱结构设计中的几个问题

3.1 异形柱结构的适用高度

异形柱的适用高度各地规程规定不一,如天津(7度区)规定27 m,江苏(7度区)规定24 m,长沙(6度区)规定28 m。上述高度均未超过高层建筑混凝土结构技术规程中对高层建筑28 m的限值。

3.2 柱网的最大尺寸

影响柱网尺寸的因素很多,如结构自重、建筑物层数、建筑物平面尺寸等。更主要的是柱网布置应使柱的轴压比控制在允许范围内,使大部分柱的长高比控制在不小于4的范围内,对于层高为2.7 m～3 m的住宅楼,应使大部分梁的高度控制在400 mm～450 mm的范围,过大的柱网将使梁截面过高,使异形柱形成短柱或极短柱,不利抗震。

3.3 抗震等级

抗震等级一般根据地区的抗震设防烈度、结构类型、结构高度来确定。对异形柱框架结构的抗震等级各地方规程的规定也不尽相同。由于异形柱框架其延性低于矩形柱框架,抗震等级相应要高于同高度的矩形截面柱框架结构。

4 结语

在异形柱框架设计中,最重要的是遵循建筑抗震设计规范中的概念设计要求,即首先应使建筑及其抗侧力结构平面规则、对称,竖向抗侧力结构刚度变化均匀,避免局部削弱和突变形成薄弱部位;宜有多道抗震防线,在柱网布置时避免采用单跨框架,应采用多跨框架;避免错层。其次从构造上要保证结构有较好的变形能力和地震作用的耗能能力。只要遵循异形柱结构的特点,合理确定异形柱框架结构的适用高度、控制柱的轴压比、合理确定抗震等级等,异形柱框架结构在6度区的小高层建筑中是完全可以使用的。

摘要：以JGJ 149-2006混凝土异形柱结构技术规程为依据,进行了异形柱框架结构设计计算分析和参数控制,并阐述了异形柱结构设计中的几个问题,提出在异形柱框架设计中,应遵循建筑抗震设计规范,合理确定相关参数。

关键词：异形柱,框架结构,受力特征,计算模型

参考文献

[1]JGJ 149-2006,混凝土异形柱结构技术规程[S].

[2]DB 29-16-2003,J 10249-2003,钢筋混凝土异形柱技术规程[S].

[3]徐向东.单周及低周反复荷载作用下T形截面框架柱受剪性能的试验研究[J].建筑结构,1999(1):27-30.

[4]刘云飞.框架结构设计中的问题探讨[J].建筑技术开发,2001(1):17-18.

[5]王振武.十字形截面钢筋混凝土框架柱受剪性能的试验研究[J].建筑结构,1999(1):35-37.

[6]何培玲.十字形截面钢筋混凝土双向压弯柱延性的试验及理论研究[J].建筑结构,1999(1):38-41.

[7]陈云霞.T形、L形截面钢筋双向压弯构件正截面承载力的研究[J].建筑结构,1999(1):11-15.

多层轻钢框架结构房屋的设计 第11篇

【关键词】多层轻钢结构；框架体系；点设计/施工；组合楼盖；抗剪连接件

1 前言

随着国家可持续发展战略的实施，高能耗、破坏环境的建筑材料将逐步退出市场，取而代之的将是低耗、高效、环保的新型建材。钢材做为可再生利用和高效的材料，具有好多优点：自重轻、强度高、韧性好、抗震性能优越、工厂化程度高、施工速度快等等。这些都为在建筑领域大量推广钢结构提供了前提条件，过去只能在工业建筑中才广泛使用的钢结构，现在民用建筑中已经在大量采用，特别是近年来我国生产能力和生产品质的大幅提高，可以大量生产宽翼缘、中翼缘、窄翼缘等多种型号的H型钢和各种截面的冷弯薄壁型钢、压型钢板、夹芯板，并开发了成熟的设计施工技术，这些材料都为钢结构建筑迅猛发展奠定了基础。不过多层轻钢结构的研究还处于起步阶段，在设计和施工中还存在一些问题，有必要开展进一步的讨论和研究，以利多层轻钢结构在我国的健康发展。

2 多层轻钢框架结构的设计

由于框架结构体系可提供较大空间、门窗设置灵活、受力简洁易形成纵横框架，并且框架可与楼盖组合共同抵抗水平荷载作用，因而，在多层轻钢结构中得到广泛应用。

在框架结构体系中，框架梁及楼面次梁多采用组合工字钢梁，柱采用H型钢，楼面采用压型钢板------现浇混凝土组合楼板。框架梁柱内力分析时的计算简图和混凝土框架大体一致，只是节点有所不同，框架梁柱仍采用刚接节点，而柱基不宜采用固端嵌固而采用铰接节点，内力和变形计算中应考虑楼盖与钢梁的组合作用，以减少主梁的计算挠度和柱顶位移。

根据截面受力，按照现行的《钢结构设计规范》，合理设计框架梁柱、墙梁、檩条、屋面板、墙面板、屋面支撑、柱间支撑、楼面次梁和压型钢板组合楼盖等，框架柱间距宜在6-9米之间，应根据建筑设计合理布置柱网。采用空间有限元软件进行计算，保证结构在竖向荷载、风荷载和地震荷载作用下结构满足强度、刚度和稳定的要求。

楼层可采用主次梁体系及压型钢板组合楼盖。在组合楼盖中，楼板与钢梁间要设置抗剪连接件，以提高结构整体刚度和承载能力，抗剪连接件有抗剪栓钉、抗剪槽钢和抗剪弯筋等，但常用抗剪栓钉，栓钉的大小和配置数量应根据规程[2]计算确定，并要满足相应的构造要求；为保证钢板与混凝土结合面上能可靠传递梁内的纵向剪力，对无痕开口式压型钢板，根据计算设置剪力钢筋并要满足相应的构造要求。

3 设计中易出现的问题

设计中的问题

多层轻钢结构的应用还处在起步阶段，相关技术规范、规程还在完善之中，设计、构造和施工仍存在着有待解决的问题，如多层轻钢结构承重结构体系、施工和安装技术、新型维护结构体系、承重与维护结构的连接方法和相互作用等方面的设计问题都在研究之中，其中在设计杆件节点和组合楼盖方面的出现的问题较普遍。

3.1 柱支座的计算简图。对框架结构一般将柱支座设计为固端连接，实际工程中，现浇钢筋混凝土结构的柱很容易实现固端连接，但对于钢结构而言就不一定了。如果采用外漏式柱脚，由于施工中锚栓的安装的误差、二次浇注的混凝土质量不容易保证、钢材的腐蚀在所难免、基础不均匀沉降等都会使柱脚节点很难实现完全固接。

解决办法：设计时采用埋入式柱脚或外包式柱脚，这两种柱脚形式能够实现完全钢接使计算模型与实际完全吻合。

3.2 压型钢板与混凝土组合楼盖的设计。根據规程[2]要求，在组合楼盖中，当采用有痕、加劲肋或冲孔的压型钢板时，可以不设剪力连接钢筋，叠合面上的纵向剪力通过这些刻痕而传递。但是，在施工中由于钢板的不透水性和防腐层的存在，大大削弱了接触面的结合作用，而此处的混凝土由于局部的高水灰比导致强度下降，使混凝土与压型钢板的咬合力小于计算值。

解决办法：为了有效地避免上述情形的发生，建议不论何种情况均应设置剪力连接筋，剪力连接筋的设置满足计算和构造要求。

3.3 强连接设计。因为建筑物在地震力作用时，保证梁的破坏先与梁与柱连接的破坏，避免建筑物倒塌，所以要进行强连接设计，使梁、柱连接处的强度高于梁的强度，它是保证建筑物大震不倒塌的重要环节。而在很多钢结构框架的实际工程中往往忽略了这一设计内容。

解决办法：国内常用的办法是按照《建筑抗震设计规范》GB50011-2010规范的公式来计算，即：

Mu > ηj*Mp

如果不满足此公式，需要用在两端上下翼缘处加盖板方式来加强连接根部。

日本的钢结构工程中常用的办法是在距两端的一个区域设计成狗骨式，即对此范围内的梁的上下翼缘进行削弱，满足狗骨部位的强度低于梁柱连接处的强度，保证结构在地震作用下狗骨部位的破坏先于梁柱连接处的破坏。

3.4 节点抗震承载力的设计。，节点的抗震设计是保证结构在受到地震作用的时候节点的破坏在结构梁、柱破坏之后，真正做到强节点。而在好多工程中，节点的抗震承载力设计是一个容易忽略的问题，使节点处不满足抗震承载力要求，即便有些工程验算了，也未对其进行处理。

解决办法：按照《建筑抗震设计规范》GB50011-2010规范的公式来计算，并满足规范对节点处的构造要求；对于不满足计算公式的节点，采用补强处理。常用的节点补强处理有三种：1.在柱的节点范围内采用厚的钢板作为钢柱的腹板（适用于焊接型钢柱），钢板的厚度满足规范规定的构造要求；2.在节点处设加劲肋，通过加劲肋来加强钢柱的腹板；3.对钢柱在节点部位采用贴钢板的方法使钢柱腹板加厚，附加的钢板与钢柱腹板连接采用打孔塞焊（适用于热轧型钢柱）。

钢结构在我国已进入快速发展期，多层钢框架结构房屋将会广泛普及，新问题的不断出现，应注意研究、开发和经验总结，使建筑设计、结构设计、制作和安装技术在未来有较大的发展，使我国的轻钢结构技术赶上国外的先进水平。

以上是笔者对多层轻钢框架结构房屋的设计中对于设计同行容易忽略和需要注意的问题的一些总结，希望对大家能够有所帮助。

参考文献

[1]唐柏鉴、刘兴业,多层轻钢结构住宅设计

[2]钢-混凝土组合楼盖结构设计与施工规程 YB9238-92

[3]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

作者简介：

王长柏、男、吉林四平人、1981年生、大学本科学历、工程师。

谈对建筑框架结构设计的认识 第12篇

建筑工程框架结构设计, 要求在明确结构安全等级、抗震标准、耐火等级等的基础上, 根据国家相关规范, 确定框架设计的标准。

1.1 工程基本概况

案例工程为4层的框架结构住宅楼, 工程拟设计的抗震设防烈度为6度, 其中框架梁和框架柱以Q235钢作为主材料, 楼屋面则以钢板和现浇混凝土形成层高3 m、平均跨度6.4 m的组织框架结构。据设计图纸资料显示, 该建筑框架结构至少能够承受0.5 k N/m2的风压和雪压, 楼层结构的活荷载标准设计值为2.0 k N/m2。工程借助结构设计软件, 在平面建模基础上, 计算出框架结构的强度计算应力、平面内外稳定应力、上翼缘受拉时截面最大应力、下翼缘受拉时截面最大应力、剪应力等。

1.2 工程设计依据

基于案例工程基本概况, 工程根据实际确定了框架结构设计的依据内容, 大致为:1) 规范文件。框架结构设计以国家规范、现场勘察资料、业主提供设计意向书为规范文件, 设计单位不得脱离这些规范文件基本要求范围, 并综合工程现场的实际条件, 结合现场情况展开设计工作。2) 抗震条件。框架结构的设计, 抗震等级、抗震设防烈度、场地情况等, 将结构划分为四级抗震等级的结构类型, 其中一级抗震等级要求最为严格, 是框架结构设计的核心内容。3) 场地条件。其中包括施工现场土体的类型和等级, 以及是否存在地下水和地基土冻结深度等。案例工程以此在地基处理方案中明确了持力层和地耐力特征值, 并对结构混凝土的材料等级、强度等级和耐久性等做出了一系列的标准性规定。4) 其他注意事项。影响框架结构设计的因素, 除了以上几方面的设计依据内容, 材料性能水平高低、施工流程顺畅与否、专业配合默契程度、施工质量验收等, 都是设计时需要兼顾的注意事项, 在设计工作开展时候, 都需要加以考虑。

1.3 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。

2 案例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。

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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、出错率低等优点, 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。

3 结语

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。

摘要：以某建筑框架结构工程为例, 在了解该工程框架结构设计基本原则的基础上, 从各个方面研讨了提高框架结构设计水平的方法, 为框架结构设计重点和难点的攻关提供较为合理的依据。

关键词：建筑设计,框架结构,结构设计

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[J].建材与装饰 (下旬) , 2013 (7) :28-29.

[2]问锦.基于建筑框架结构设计存在问题的研究[J].建材与装饰 (上旬) , 2013 (6) :29-30.

[3]黄兴旺.浅析建筑框架结构设计的技术措施与技巧[J].建材与装饰 (上旬) , 2013 (4) :27-28.