框架结构设计常见的问题及对策

李晓男

【摘 要】在框架结构设计中容易出现疏忽的问题有很多，这些问题如果处理不好或计算过程中未加考虑不但会导致结构的不合理，甚至会造成结构的不安全。作为从事建筑结构设计的我们不仅要精于结构电算分析，更应注意克服在设计过程中遇到的结构问题，以保证施工图设计更完善、结构更安全、经济、耐久、适用等。本文分析了当前框架结构设计中应注意的几个问题和对策，使我们在遵循各种规范的前提下快速把握框架结构的设计原则和一些容易忽略的问题，以提高框架结构的设计水平。

【关键词】框架结构；存在问题；对策

0.引言

框架结构在我国已经成为一种主要的建筑结构形式，但是框架结构的设计理论还是停留在原有落后的基础上，这给我们国家的工民建行业的发展带来了一定的局限，尤其是坐落在一些地震带上的建筑，给广大群众的生产生活带来了一定的影响。同时，不合理的设计也严重的影响了建筑的寿命。

1.框架结构设计原则

1.1刚柔并济设计理念

合理的建筑结构体系应该是刚柔相济的。结构太柔虽然可以很好的消减外力，但容易造成变形过大而无法使用甚至全体倾覆：结构太刚则变形能力差，承受的力很大时，容易造成局部受损最后全部毁坏。结构是刚一点好，还是柔一点好，这问题历来都是结构专家们争论的焦点，现今的规范给出的也只是一些控制的指标，但无法提供精确答案。

1.2安全的结构体系

安全的结构体系是层层设防的，灾难来临，所有抵抗外力的结构都在通力合作，集体对抗。这时候，如果把建筑结构安全的希望全部寄托在某个单一的构件上，是非常危险的。如土建结构中框架剪力墙比纯框架好，多肢墙比单片墙好等等，就是体现了多道防线的设计思路。

2.框架结构设计存在的问题

2.1基础宽度和面积的计算

通常在计算基础宽度或面积时，我们往往由于力学模型不明确或考虑问题不周详，导致基础宽度或面积不足。如某墙体上作用有较大集中力的情况，当墙体上有较大的集中力作用时，通过墙体和基础可将集中力向地基扩散，但这种扩散是有一定范围的，且基底土反力并不均匀分布。若设计者在设计时用该集中力除以墙段长度得到的平均线荷来确定基础宽度，则导致局部基础宽度不足。因此，必须加大基础宽度以满足地基承载力的要求。通常采用局部调整系数调整基础宽度的方法解决此类问题。当前我们常用的框架结构空间分析计算软件都是以整幢楼的梁、柱整体参加工作进行计算分析的，而对部分梁而言，尽管相交梁截面尺寸不同，相互之间却不存在主、次梁关系，设计人员在绘制施工图时，应注意配筋形式与受力分析相匹配。目前在一些三维空间分析软件中，虽已调整梁的抗扭刚度，但计算出来框架边梁扭矩筋仍很大，因程序不计楼板对梁的约束作用（即实际扭矩设计算值那么大），所以与实际受力与计算模型不符。可把次梁支座改为铰支座，并配以构造处理。

2.2注意构造措施问题

一是对于大跨度柱网的框架结构，框架柱在楼梯间处与楼梯平台梁相连，使得楼梯间处的柱可能成为短柱，这时应对柱箍筋全长加密。这一点，在设计中容易被忽视，应引起重视。二是当框架结构的外立面为长带形窗时，因设置连续的窗过梁，使外框架柱可能成为短柱，應注意加强柱的构造措施。三是对于框架结构长度略超过规范限值。建筑功能需要不允许留缝时，为减少有害裂缝（规范规定裂缝宽度小于0.3），可采用细而密的双向配筋，构造间距宜小于150岫，建议采用补偿混凝土浇筑。对屋面宜设置后浇带，后浇带处按构造措施宜适当加强。

2.3如何处理薄弱层

薄弱层是对抗震极为不利的结构层，原则上应避免出现薄弱层。避免出现薄弱层的最基本方法是加大该层的抗侧移刚度，即加大该层的柱截面或梁截面；如果条件允许，可以改变该层层高或减少基础埋置深度。当无法避免出现薄弱层时，在结构计算和出图时必须按照规范规定采取相应的措施。根据《建筑抗震设计规范》第3.4.3.2条及第5.5.2条至第5.5.5条的规定，除对薄弱层的地震剪力乘以1.15倍的放大系数外，还应对结构的楼层屈服强度系数进行验算。楼层屈服强度系数为按构件实际配筋和材料强度标准值计算的楼层受剪承载力和按罕遇地震作用标准值计算的楼层弹性地震剪力的比值，如果在地震烈度Ⅶ～Ⅸ地区的结构楼层屈服强度系数小于0.5时，应对结构进行弹塑性变形验算，符合表5.5.5的规定。如果不符合上述要求，必须对结构布置进行调整。

2.4短柱

在框架结构中，如果柱净高与柱截面高度之比等于4或剪跨比小于等于2，那么该柱为短柱。短柱在地震作用下，容易发生脆性破坏。因为短柱的受剪承载力及变形能力不足，会引起建筑物的严重破坏，设计上应尽可能避免。短柱的形成主要有两种原因：①由于楼梯间半休息平台或结构局部错层造成两个框架梁之问的框架柱净高较小引起的；②填充墙设置不当，造成某层的框架柱两侧一部分无填充墙，一部分有填充墙，无填充墙的柱净高与柱截面之比往往小于等于4，形成短柱。处理短柱主要是增加柱的抗剪承载力及改善其变形能力，一般采用复合箍筋，箍筋沿全高加密；保证短柱的纵向钢筋对称布置，且每侧的纵向钢筋

配筋率不宜大于1.2%的方式处理，也可以采用外包钢板、配x形钢筋等方式处理。

2.5非结构构件设计

根据《建筑抗震设计规范》第3.7.1条规定，非结构构件，包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备、自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计。比如框架结构中女儿墙构造柱的设置，尤其注意女儿墙高度大于1.0m时，应注意采取结构构造措施，保证女儿墙的稳定；还有建筑装饰用的砌块柱的稳定性、突出屋面的小构架内力与配筋（应与主体结构一起输入计算）。《建筑抗震设计规范》第13章对此有专门规定，设计人遇到类似工程应严格遵守此规定。突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱的地震作用效应，宜乘以增大系数3.此增大部分不应往下传递，但与该突出部分相连的构件应计入，具体详见《建筑抗震设计规范》第5.2.4条的规定。框架结构中突出屋面的电梯间、楼梯间、水箱问应采用框架承重，不应采用砌体承重。

2.6钢筋混凝土保护层厚度的取值

2.6.1存在问题

混凝土保护层的作用是保护钢筋不发生锈蚀，并保证钢筋的粘结锚固性能，从而直接影响构件的耐久性和钢筋的受力性能，但由于设计人员的不重视，常会出现以下问题：①在梁或柱中，只会注意到主筋的保护层厚度，然而却忽略了箍筋的保护层厚度，造成箍筋外露或保护层厚度不足；②主梁与次梁交叉处、主梁、次梁和板的钢筋关系处理不到位，造成板负筋保护层厚度不足或构件有效截面高度损失，直接影响到构件的安全性；③地上部分与地下部分的柱子因所处的环境条件不同，根据规范要求，应采取不同的保护层厚度。

2.6.2相应的对策

①正确处理构件内各类钢筋的相互关系，按钢筋的正确位置确定构件内钢筋的保护层厚度及构件有效截面高度，并进行构件的截面设计。首先要根据规范要求确定梁柱内箍筋的保护层厚度，然后确定箍筋的正确位置，主筋的保护层厚度可采用a+d1（a为箍筋保护层最小厚度，d为箍筋直径），并大于规范规定的最小厚度，以此确定主筋的正确位置；根据各种钢筋的正确位置，确定相关构件的有效截面高度并进行配筋计算，在施工图中标出相关构件中钢筋的位置。②应该正确区分同一构件所处的环境条件，区别对待在不同环境下的混凝土保护层厚度。地下部分的柱子可将其断面加大，满足其保护层厚度的要求，同时保证柱子钢筋上下位置的一致性，满足钢筋受力要求。

3.结语

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。本文提出的都是些框架结构设计中容易出现的疏忽的问题，仅供同行同行参考，不足之处请批评指正。

参考文献：

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2.葛楠，侯爱波，周锡元.矩形高层建筑结构扭转风振反应时程的分析计算[J].建筑科学.2007

3.木建强.高层建筑结构的振动控制[J].山西建筑.2007.