探析框架结构设计中的问题及建议

探析框架结构设计中的问题及建议
摘要：近年来，我国建筑行业在工业及民用里运用的设计最为常见的是钢筋混
凝土框架结构设计。

良好的整体性、科学规范及荷载力平衡性在框架结构的设计
中应作为首要重点事项，本文针对了框架结构设计中常见的一些问题进行了探析，并提出了具有实用性解决建议，仅供同行业人员参考。

关键词：建筑工程；框架结构设计；问题；建议
一、框架结构的概述
1.框架结构的定义
框架结构通常的组成部份是：一种由梁和柱结构连接而成的一种承重结构。

这种框架结构
在实际应用的过程中，不仅有着一个良好的承重作用，还对建筑空间结构有着良好的维护分
隔的作用，从而使得建筑工程的使用功能得到有效的提高。

2.框架结构的特点
2.1.自重比较轻
设计这种结构的建筑单位，可以有效的控制工程造价，降低施工成本，建筑施工的目的是
提高经济效益，这种结构的建筑施工可以节省大量成本，同时也可以提高建筑收益，具有较
强的经济性。

2.2.灵活性强
有利于平面空间结构的设计，可以调整建筑平面空间布局，使其更加合理。

这样可以使建
筑的空间结构得到更充分的利用，可以扩展更多的空间面积，提高其利用率，而且这样的建
筑内部结构也更加和谐。

二、建筑框架结构设计存在的一些问题
1.楼板开大洞问题
楼板开洞的结构比较普通，如果开洞面积大于该层楼面面积的30%，就属于平面不规则了，计算时必须进行处理。

以 PKPM 软件为例来说，TAT 和 SAT、IVE 分别采用了两种方式进行处理。

TAT 软件是将无楼板的节点定义为弹性节点，也就是表明该节点不受剐性楼板假定的限制，其平动自由度独立；SAT-WE 软件是将所有楼板定义为弹性膜，由软件真实地计算楼板的平面内刚度，忽略楼板的片面外刚度。

2.框架结构柱的抗震设计问题
目前我国建筑工程领域所采用的主要的抗震措施主要有以下几种：
对框架结构的柱截面尺寸进行合理的设定，避免楼柱平均剪应力系数过大，导致楼柱遭受
脆性的剪切破坏，不利于楼柱对建筑结构的维护；在对建筑楼柱进行设计时需要对轴压比进
行合理的设计，避免轴压比过大致使楼柱发生混凝土压
碎破坏，要尽量维护好楼柱的延展性，确保楼柱截面尺寸符合建筑工程抗震标准，通常情况
下框架结构中楼柱的宽度以及楼柱的高度都应在 30cm 以上，剪跨比也应维持在 2 以上，截
面的高度与宽度的比值不应高于 3；在建筑结构受地震力的影响时，建筑结构的柱端钢筋外
围的保护层首先出现碎落问题，如果建筑楼柱外围的箍筋数量不足，对楼柱的约束效果便会
受到影响，此时在地震力的作用下，楼柱内的纵筋便会呈现出向外彭曲的变化，楼柱柱端会
受到严重的破坏。

为此在对钢筋混凝土框架结构建筑物的建筑进行设计时，一定要根据《抗
震规范》中的基本要求，对框架柱的箍筋进行合理化的设计，以确保框架结构设计的建筑物
的质量。

三、建筑框架结构设计应注意的问题
1.框架结构薄弱层的判定与处理
1.1.如何判断薄弱层
对于薄弱层的判断，有个人指定、计算判定、强制认定三种方式。

在PKPM的SATWE软件里，设计人根据《建筑抗震设计规范》第5.5.4条规定或个人经验可以直接指定哪一层为薄
弱层；软件在计算时，如果结构的抗侧移刚度不规则，某层的抗侧移刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%，或楼层承载力突变，满足《建筑抗
震设计规范》第3.4.2条竖向不规则的规定，软件自动将该层指定为薄弱层；如果结构存在
转换层，即竖向抗侧力构件不连续，那么不管该层刚度与上层或上三层的比值是否满足规范
要求，或楼层承载力是否满足规范要求，必须强制认为该层为薄弱层。

1.2.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。

2、设计中的关键环节
框架结构的主要构件为梁和柱，在工作时，受弯与受压同时存在，并且各受力性能不同的
构件还会相互影响。

因此，框架设计时，应首要考虑以下四个环节。

2.1基础问题
基础问题是建筑物最根本的问题，基础设计的好坏对建筑物的安全性和经济性有重大的影响。

地基设计中最先遇到的问题是基础的设计等级问题，按照11版《地基规范》第3.0.1条
规定，地基基础的设计等级系“根据地基复杂程度、建筑无规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用程度”，将地基基础设计等级分为三个设计等级，据表
3.0.1确定。

根据建筑物的重要程度不同还要对不同的建筑物基础进行地基进行地基变形计算。

在11版《地基规范》第3.0.2条（强制性条文）规定，设计等级为甲、乙级的建筑物，均应
按地基变形设计；表3.0.2所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不做变形验算，如有下列
情况之一时，仍应作变形验算：1）地基承载力特征值小与130kPa，且体型复杂的建筑；2）
在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生不均匀沉降时；3）软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；4）相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；5）地
基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。

对于电算给出的基础面积，要进
行人为的判断，必要时进行手算。

2.2主次梁与柱网的布置
框架中的传力途径是楼面荷载通过楼板传给次梁，次梁传给主梁，主梁传给柱子。

在建筑
方案中，建筑功能要求空间越大越好，也即主次梁占的空间越小越好。

而主次梁在支撑和传
递荷载的过程中，弯曲变形与它们各自承担的弯矩及自身跨度的平方成正比，同时，与弹性
模量和弯曲平面内截面惯性矩也成正比。

因此在柱网布置时，优先选择的是矩形柱网以短跨
为主梁，长跨为次梁，短跨与长跨的比例应小于0.75比较经济，工程中一般比较常取0.65～0.7，这样主次梁截面高度能协调一致，从而保证楼盖的结构高度最小。

但是从房屋的使用功
能和建筑布局中，主梁的布置是依据房间的布局而定的。

2.4柱设计
柱设计中容易忽略的是轴压比的控制，一般轴压比满足要求就可以了。

但柱子轴压比过大
会使截面过大，这样很容易形成短柱，还会占用过多的空间，可能难以满足建筑师的要求。

更重要的是结构整体的自重会增大，从而引起地震反应增大，造成恶性循环。

所以，设计中，轴压比的控制也是很重要的。

四、结束语
总而言之，灵活性在框架结构在应用的过程中要注重的一项任务，设计人员在布置建筑结
构时，其基本不会因为外界因素的影响，可以有效的提高建筑的质量。

所以，在设计框架结
构时，一定要对其几个关键问题进行处理，保证其各项指标合格，这样才能提高建筑结构的
稳定性，才能提高建筑的质量。

参考文献：
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[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.2012（26）.
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