公共建筑框架结构设计方法研究

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　　摘 要 混凝土框架结构体系具有抗震性能好，经济指标优良、竖向构件少、平面布置灵活及空间利用率高等优点，在工业及民用公共建筑中被广泛采用。随着我国经济实力和建筑科学技术水平的不断提升，建筑功能及造型设计也日趋多样化，造型新颖、功能多样的公共建筑不断出现。这些建筑对空间和结构构件的布置的要求越来越严格，超长、不规则、大跨度、长悬挑的结构布置常常出现，常规的混凝土框架已无法满足设计要求。
　　关键词 建筑工程;框架结构设计;原则;设计方法
　　引言
　　现代的公共建筑如大型的购物中心、剧院、会议中心、葡萄酒庄等不再设计成功能单一功能的场所，而是根据人们的需求将各类建筑功能融为一起，满足人们一站式的需求，这就造成建筑体量较大且平面布置也更加灵活多样，建筑平面的超长及平面布置的不规则等问题就会不可难免，因此在公共建筑的平面布置及立面造型上，经常会出现超大结构平面、平面不规则、竖向不规则、大跨度楼盖、大跨度悬挑构件等结构设计难题，这就需要针对公共建筑框架结构的特点采用合理有效的方法进行深入计算分析，从而得出相应的解决方法。
　　1 框架结构的设计原则
　　1.1 刚性与柔性有机协调
　　从某种程度上来说，建筑物的刚性与柔性是不可调和的，建筑物刚性越大其柔性越差、柔性越大则刚性越差，因此在进行建筑物框架结构设计时所需考虑的因素都非常多。一般情况下，刚性能够满足建筑物在绝大部分情况下的需求，但一旦在强有力的外力作用下是不具备抵抗建筑物形变能力的，严重时甚至会出现建筑物整体倾塌的问题。相反，如果建筑物柔性较大也就意味着建筑物抗压能力有所不足，不仅无法支撑整个建筑物的整体重量，甚至还会对建筑物的质量安全造成严重影响。正因如此，在建筑框架结构设计上必须要坚持刚柔并济的原则，并在刚与柔之间寻求一个良好的平衡点，确保公共建筑的安全稳定性。
　　1.2 合理设计，确保结构稳定性
　　建筑框架结构设计中我们常常可以听到“强剪弱弯”、“强柱弱梁”等术语，简单来说即刚性强的柱子要搭配较弱的横梁，试想如果所有的建筑结构构件刚度都较大，那么这一结构体系必然会存在安全隐患。从某种程度上说，任何建筑框架结构是没有绝对安全的，虽然组成建筑结构的各个构件功能、角色不同，但其重要性是有主次分别的。在发生突发事件的情况下各构件虽然能够共同协作、抵抗外力，并最大限度保证建筑整体结构的稳定性，从而确保这些重要的保障性构件不会先行遭受摧毁，而是优先安排次要构件承担最大外力。正因如此，如果公共建筑结构柱子刚性较大，那么在强外力的作用下首先遭受破坏的是建筑物横梁结构，但此时柱子仍然能够有效发挥支撑整体结构的作用。
　　1.3 变形协调
　　通过改变结构布置或结构刚度改变力流的方向，比如板的内力一般自发向板的短边传递，可以通过设置次梁，改变力流的分布。比如柱底弯矩通过独立基础的协调后，弯矩转化为力矩，作用在地基上。箱基的底板、面板以及筏基底板的弯曲计算包括局部弯曲和整体弯曲两部分，当基地不是很均匀，板厚从小增大到一定厚度时，可以发现局部弯曲和整体弯曲协调的过程。
　　减小或增大梁高，减小梁高使梁所受内力减小，在通常情况下对调整超筋十分有效，但在结构位移接近限值的情况下，可能造成位移超限。加大连梁高度连梁所受内力加大，但构件抗力也加大，可能使连梁不超筋，且可以减少位移，但是这种方法可能受建筑对梁高的限制，且连梁高度加大超过一定限制，构造需加强，也构成了钢筋用量的增加[1]。
　　2 多层钢筋混凝土框架结构设计方法
　　2.1 强柱弱梁
　　在建筑框架结构设计中强柱弱梁是一种常见的设计形式，采用此种设计形式其目的在于能够确保在地震等极端环境下建筑物横梁结构能够通过一定程度的形变而不会对整体结构产生破坏。在这一情况下，虽然建筑物可能会出现较为短暂的摇晃、摆动，但不会出现倒塌、折断等。其次，如果外力作用大大超出了建筑物所能承受的极值，外力则会首先作用在横梁上，在超过塑形限度的情况下会出现横梁裂缝或坍塌。但需要注意的是，外力作用通过横梁的削弱后所作用在柱体的作用力大大减小，因此对于刚性较强的柱不会产生过大的损害，从而也就能够确保建筑整体结构大致保持而不会出现整体垮塌的问题。
　　2.2 提升构件延展性
　　在具体的建筑框架结构设计中必须要确保结构构件的延展性，防止构件出现脆性破坏的问题。需要注意的是，构件设计过程中要对承重梁和承重柱进行抗剪验算，确保框架结构合乎建筑标准规范。同时，在结构构建中设置钢筋并发挥结构构件的延展性也能够有效确保建筑物在外力作用下不会轻易断裂，这样的建筑结构即使是在地震环境中也能够最大限度的承受外力而不会轻易断裂，这对于提升建筑物整体抗震性能非常关键。
　　2.3 框架构造措施
　　值得提到的是，建筑物外部形状会在一定程度上对内部结构产生影响，大多数情况下框架结构都会因为温度而产生裂缝，甚至随着建筑使用年限、寿命的增长而逐步破坏。对此，为尽可能避免和减小此类问题所产生的影响，可以考虑在桥面适当位置设置一些伸缩缝以抵消温度对混凝土所产生的影响，确保整个建筑框架结构的稳定性。
　　2.4 严格计算简图
　　一般情况下框架结构在施工前会经过严密的计算，而结算结果的好坏往往同简图的选取关系密切。如果计算简图选取工作不到位则和可能会对计算结果、施工质量产生严重的影响。就以框架结构基础梁设计为例，在基础梁的处理过程中框架结构设计须基于基础高度范围内，这一高度范围主要指基础顶面至一层楼板地面间高度，荷载源于上部墙体，但考虑到拉梁配筋、断面构造设计等因素，通常截面高度多在距柱中心的1/12左右，而另一纵向受力钢筋拉力大小则在于其相连柱体最大轴力设计标准的1/10左右。
　　3 结束语
　　综上所述，建筑框架结构设计涉及方方面面的因素，如果在某一方面、细节以及计算过程中出现丝毫偏差，那么在后期的公共建筑建设过程中很可能会出现整体结构失衡的现象。虽然可能失衡现象并不一定会体现在具体的建设阶段，在随着时间的推移必然会慢慢展现，给人们的生命财产安全造成威胁。总而言之，公共建筑框架结构设计人员在具体的工作中必须要秉承科学的设计原则、确保施工设计准确、用更加专业、細致的工作态度做好框架结构的设计工作。
　　参考文献
　　[1] 丁维娜.框架结构设计的基本原理、重要原则和设计方法[J].建筑科学，2012，（15）：42.
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