框架结构设计原则及应注意问题论文

浅析框架结构设计原则及应注意的问题【摘要】建筑框架结构设计是建筑结构设计中较为重要的一种形式。本文简要介绍了框架结构设计的原则，针对框架结构设计中常见的几个问题进行了详细分析，并提出了相应的解决措施。

【关键词】框架结构；结构设计；原则

钢筋混凝土框架结构是一种抗震、抗风较好的结构体系，这种体系由梁和柱所组成，其侧向刚度小，平面布置灵活，易于满足建筑物设置大房间的要求，在工业与民用建筑中被广泛应用。

1 框架结构设计原则

1.1 刚柔并济

合理的建筑结构体系应该是刚柔相济的。结构太刚则变形能力差，强大的破坏力瞬间袭来时，需要承受的力很大，容易造成局部受损最后全部毁坏；而太柔的结构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。柔多一点虽然造价便宜但是必然产生变形以适应外力，过柔的结果必然是过大的变形，甚至会导致立足不稳而失去根本。

1.2 多道防线

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，前仆后继。这时候，如果把“生存”的希望全部寄托在某个单一的构件上，是非常非常危险的。如土建结构中多肢墙比单片墙好，框架剪力墙比纯框架好等等，就是体现了多道防线的设计思路。

1.3 抓大放小

在框架结构结构体系中具有“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等的说法也是钢结构设计中非常重要的概念。绝对安全的结构是没有的。简单地说，虽然整个结构体系是由各种构件协调组成一体，但各个构件担任的角色不尽相同，按照其重要性也就有轻重之分。一旦不可意料的破坏力量突然袭来，各个构件协作抵抗的目的，就是为了保住最重要的构件免遭摧毁或者至少是最后才遭摧毁，这时候牺牲在所难免，让谁牺牲呢？明智之举是要让次要构件先去承担灾难。“宁为玉碎，不为瓦全”，如果平均用力，可能会”玉石俱粉”，损失则更大矣！

1.4 打通关节

理想的结构体系当然是浑然一体的—也就是没有任何关节的，这样的结构体系使任何外力都能迅速传递和消减。基于这个思路，设计者要做的就是要尽可能地把结构中各种各样的关节“打通”，使力量在关节处畅通无阻。打通关节保持平衡的目的其实就是使其永远处于原始的静态，当力量不能畅通时，构件与构件之间，构件的组成元素与元素之间的静态平衡一旦被破坏，结构变成机动，“动”即是死，即为终结。可见设计者是协调者，其任务是让所有互不相关的静态构件相聚之后依然处于静态（也就是使其保持常态），或者是处在相对的静态之中。

2 框架结构设计中应注意的几个问题

2.1 框架结构薄弱层的判定与处理

薄弱层是指在强烈地震下，结构首先屈服并产生较大弹塑性位移的部位。这些部位的承载力是满足设计地震作用下抗震承载力要求的，只有在地震烈度≥7度地区才会出现。

对于薄弱层的判断，在pkpm软件中，设计人可根据《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。

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。但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～第5.5.5条，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标准值计算的楼层弹性地震剪力

的比值。如果在地震烈度7度～9度地区的结构楼层屈服强度系数

＜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。

2.2 短柱

在框架结构中，如果柱净高与柱截面高度之比≤或剪跨比≤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，设计上应尽可能的避免。

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间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，无填充墙的柱的净高与柱截面高度之比往往≤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。也可将砌体墙与框架柱设成柔性连接(如墙柱之间留有缝隙，填充一些松散材料，但应有钢筋与柱拉结) ，或从边框梁处出挑挑耳，上砌砌体填充墙以消除对框架柱的作用。

2.3 钢筋混凝土保护层厚度的取值

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，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)梁或柱中，只注意到主筋

的保护层厚度，而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明确，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。

因此，设计时应注意：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。首先根据规范要求确定梁柱内箍筋的保护层厚度，即确定箍筋的正确位置，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)正确区分同一构件所处的环境条件，区别对待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 结束语

以上主要阐述了多层框架结构的设计原则及在设计过程中需注意的几个问题。框架结构设计时，设计人应首先判断结构方案的可行性，对可能碰到的问题，提前采取措施予以解决，并对所有计算结果认真分析、判断，准确无误后方可应用于实际工程。

参考文献：

[1]gb50011-2010建筑抗震设计规范[s]