框架结构设计中常见问题及对策分析

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  【摘 要】框架结构是我国建筑工程领域近些年所采用的,各项设计技术以及施工工艺方法不断的进步和创新,为此我国建筑工程领域在进行框架结构设计与建设时也不断地在实践中丰富设计经验,提高设计质量标准,为我国框架结构设计在建筑工程施工领域的健康发展奠定坚实的基础。
  【关键词】框架结构;设计;问题;对策
  1、框架结构设计原则
  1)多道防线。安全的结构体系是层层设防的 ,如果把结构的安全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。框架结构中填充墙的存在增加了框架结构的整体刚度,在遭遇地震时,填充墙率先破坏,填充墙充当了整个框架结构的第一道抗震防线。但同时填充墙对框架结构的承载力、刚度、变形都有影响,因此结构设计时要考虑其对结构的影响。
  2) 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耗地震力,但容易造成变形过大而无法使用甚至整体倾覆。结构太刚,变形能力就差。在抗震设防高烈度地区,承受的地震力较大,容易造成局部受损最后全部破坏。结构是刚一点好,还是柔一点好,这个问题结构专家历来有争论,现行的的规范也只是给出了限值。
  3)框架结构体系应满足“强柱弱梁、强剪弱弯,强节点强锚固”的基本设计原则。基于以上原则在进行框架结构设计时,把握好结构方案的比选。满足承载力、变形、裂缝、挠度等要求是结构设计中基本的设计步骤。此处就不再赘述。
  2、建筑结构设计中仍然存在着很多问题.具体包括以下几个方面:
  2.1框架梁的配筋问题
  由于占地面积的限制,使用功能的要求,结构上的原因,建筑工程上常在框架梁端设计挑粱。而框架梁与外挑梁的断面尺寸会有所不同,而有的设计人员在绘图时只是将框架梁上的某些主筋向外挑梁延伸了事,殊不知有些主筋根本无法伸进挑梁,这些差错一般在施工时才会暴露出来,但为时已晚、许多钢筋已截断成型,这不仅影响了施工进度,也造成了不必要的损失。框架结构中有次粱处,可在主梁上增加附加箍筋和吊筋,宜优先采用附加箍筋。梁也可偏出柱边较小的尺寸,但梁中线与柱中线的偏心宜小于四分之一柱宽,否则应计入偏心的影响。折梁阴角在下时纵筋应断开,并锚入受压区内,还应增加附加箍筋。
  2.2框架柱配筋问题:
  对于框架结构的高层建筑,水平荷载对结构的倾覆力矩以及竖向构件中所引起的轴力与建筑高度的平方成正比,顶点位移与建筑高度的4次方成正比。水平荷载是结构设计中的控制因素。框架顶层的风荷载较大,而屋面结构荷载传给边柱的轴向总力比楼层边柱总力要小,显然柱顶有大偏心问题,顶层边柱节点出现轴向力对截面重心的偏心距>O.5倍的柱截面高度,顶层边柱的配筋会加大。
  当地上为圆柱时,地下部分应改为方柱,方便施工。圆柱纵筋根数最少为8根.箍筋宜采用螺旋箍,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应全高加密箍筋。柱的纵筋宜大直径大间距,但间距应≤200mm。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。
  2.3樓板开大洞问题
  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,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刚性楼板假定的限制,其平动自由度独立;SATWE 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,忽略楼板的平面外刚度。
  针对楼板开洞大这一问题应采取以下措施进行处理:当建筑结构中某一楼层的楼板开洞面积超过楼板面积的30%时,此时则需要对全部楼层的楼板定义为弹性膜,此外还可以将楼板洞口的边缘节点定性为弹性节点。当建筑结构的屋面采用钢网架时,此时需要对建筑楼板的板厚加以输入,并将楼板设定为弹性膜。在对建筑楼板的弹性节点以及弹性膜进行准确的定位后,在对建筑结构楼板的相关承重数据进行分析技术时,通常需要采用总刚计算方法进行计算,这样可以尽量避免侧刚度计算对楼板结构内力计算所产生的不利影响。
  2.4柱的抗震设计问题
  08年的地震灾害历史罕见,为建筑结构设计的防震设计敲响了预警,当前的建筑框架结构中,应用防震技术的主要是在西南地区以及部分山区,然而随着建筑结构的发展,越来越多的高层建筑屹立在国内,因此框架结构的防震技术问题,也体现得势在必行。具体柱防震措施为:1)柱截面尺寸:柱的平均剪应力太大,会使柱产生脆性的剪切破坏。平均压应力或轴压比太大会使柱产生混凝土压碎破坏,为了使柱有足够的延性,柱截面尺寸应符合以下要求:矩形柱截面的宽度和高度,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,剪跨比宜大干2,截面长边与短边的边长比不宜大于3,当剪压比保持较低时,可获得较好的延性,为此柱断截面的平均剪应力一般宜小于3N/mm2。2)纵向钢筋的配置,柱中纵向钢筋宜对称配筋,为了保证柱有足够的延性,柱的最小配筋率必须满足《抗震规范》的要求,纵向钢筋的连接方法应符合《高规》第6.5.3条。在纵向钢筋连接区段内宜加密箍筋,防止纵向钢筋的压曲,增加粘结强度。3)柱的箍筋:在地震力的反复作用,柱端钢筋保护层往往首先碎落,这时,如无足够的箍筋约束,纵筋就会向外膨曲,柱端破坏。箍筋对柱的核心混凝土起着有效的约束作用,提高配箍率可以显著提高受压混凝土的极限压应变,从而有效增加柱的延性。因此设计人员应遵照《抗震规范》,满足框架柱的箍筋构造要求。
  3、相关问题的应对策略
  3.1 框架结构问题的对策
  对于房屋建筑来说,框架结构决定着工程的质量,它是一项复杂的工作。在进行设计时必须要重视其严密性,要采取相应的措施来保证框架结构的稳定性,要坚持实事求是的原则,通过收集、整理相关资料来保证数据的准确性,同时也要制定合乎规范的制度体系来约束设计人员的设计行为,增强设计者的规范意识。再设有关的结构时,要尽量制定详细准确的数据,切不可随意更改其数据内容。
  3.2 对于设计人员的相关策略
  设计人员在进行设计时不仅仅要保证设计结构的合理性,而且要树立环保节约的意识,在进行选材时要尽可能的节省资材,增强框架结构的抗震防震能力,在操作时要符合相关的规定规范,提高了建筑质量,这更能够确保人民的生命和财产安全。充分考虑当地的自然环境,诸如地质条件、当地的气候、水文状况等等来设计有关的建筑结构。要注重结构之间的协调性与整体性,同时也要分清各个结构之间的主次关系,要使建筑在出现问题时损失达到最小。
  结语
  结构设计是个系统、全面的工作。作为结构设计人员需要扎实的理论知识功底灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。加深对当前房屋建筑结构设计中常见问题的认识与研究以不断提高自身的结构设计水平,使设计的作品比现阶段的其它建筑具有更高的水准、更合理和更经济的结构形式。
  参考文献:
  [1]纪荣洋 王文可 潘可明《建筑结构设计经验探讨》[J].低温建筑技术.2008.5.
  [2]于桂萍《关于多层建筑结构设计中的主要问题分析》[J].中国高新技术企业.2008.22、[3]莫雪辉《深度探讨如何提高建筑结构设计水平》[J].科技资讯.2008.28.
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