论文部分内容阅读
摘 要:随着社会经济的不断进步和人口的日益增长,我国建筑行业发展越来越快。在建筑工程设计中,框架结构设计是主要的设计工作,框架结构的合理设计关系到建筑工程是否具备适用性和安全性。本文主要分析建筑框架结构的应用范围和特点,了解建筑框架结构的设计要求和原则,分析建筑框架结构设计的技术策略。
关键词:框架结构;设计原则;技术分析
建筑框架结构又称构架式结构,是由柱和梁以铰接或钢接的形式连接而成的结构,抵抗使用过程中出现的竖向荷载和水平荷载,主要起承重作用。框架结构按照不同的跨数可分为多跨和单跨型;按照不同层数可分为多层和单层型;按照立面构成的不同可分为不对称和对称型;按照使用材料的不同可分为钢筋混凝土混合构架、胶合木结构框架、混凝土框架和钢框架等。混凝土框架是常用的建筑框架结构,分为装配整体式、装配式和现浇整体式,如果设计需要还能对板或梁施加一定的预应力。
1 框架结构设计分析
1.1 重要和次要
建筑框架结构设计中最基本的原则就是“抓大放小”和“学会放弃”。举例来说,在钢结构当中,一旦柱失效了,相应的梁也会随之失效。反过来,若干梁失效了,而柱依然能够保证其有效性[1]。从中我们不难看出,柱承担的作用显著超过了梁,而柱的责任也是无可替代的。基于此,设计师应当分清主次,为了防止柱先倒,需要将梁设计成坚固的构件,而将柱设计成相对较薄弱的部分,以防止梁先被破坏,尽量降低其损失。而如果梁和柱均被设计得非常坚固,那么一旦受到外力突然袭击,这两者都极易遭到破坏,带来不可估量的损失。所以要求设计时在钢结构设计的过程中,必须严格按照 “强剪弱弯”“强柱弱梁”的建筑规范来进行设计,找出其中的主要矛盾和次要矛盾,以便能够准确把握梁和柱的关系。
1.2 刚柔重要性
合理的控制刚和柔是确保建筑框架科学、经济的重要因素。如果柔多一点,会为了适应外力的需求而出现极大的变形,能够在很大程度上减少外力的压迫,同时具有花费少、经济的优势。反过来,如果刚多一点,除了会使得工程造价昂贵,不经济外,与此同时,一旦遇到强大的损坏力,也很难起到消减外力的作用,易被外力压迫而导致建筑损坏,但是能够效降低其变形能力。这就要求设计人员应当遵循刚柔并济的原则,如抗震验算时对于不同的楼盖和布置就应当使用刚性、刚柔、柔性的理论来进行设计。
1.3 设防具体
对于任何一个合理的框架结构设计来说,其首先应当是稳固的、安全的,能够有效抵抗基本的损害力,起到保护建筑物的作用,而一旦遭遇突然的损坏力时,那么框架结构的层层防线都应当迅速聚集而来,协同发挥出抵抗外力的功能。反之,如果设计中只是单纯的凭借某一个结构来抵抗外力,对于建筑物来说非常危险同时也是不合理的。举例来说,土建结构中多层墙就会比单层墙牢固,而框架剪力混合墙和纯剪力墙相比,也要更加牢固,从中就表现出了层层设防线和建筑稳固的建筑框架设计原则。
1.4 畅通环节
理想的结构体系当然是浑然一体的一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。中医上云:“通则不痛,痛则不通”,结构就像一个人,气穴若不能畅通,症结和隐患就会产生。在设计的四项基本原则中,“刚柔相济”,“多道防线”,“抓大放小”是设计概念中的战略问题,但要想得让这些战略思想得以实现,靠的是“打通关节”这个原则作为保证的,结构设计的具体操作,最后全都归到“打通关节”的贯彻和实施上来。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。其实处理和成就世间万物,必须使动为动,静为静,才能平衡:必须动者动之,静者静之,才能持久;必须知其本源,施以规则,顺之导之,才能达至繁荣昌盛。一切的一切,以顺应自然为始,达到平衡为终,诸多规则,只是手段,只为平衡,只为畅通。
2 框架结构设计方法
在用PKPM 软件计算梁柱时, 应尽量采用TAT 或SATWE 三维软件。第一,计算结果更接近实际受力状态,如地震力或风力是按抗侧移刚度分配,而不是按框架的楼面从属面积,从框架柱出挑的梁和从次梁出挑的梁,因次梁的支座(框架梁)发生下沉变形,内力重分布,从框架柱出挑的挑梁配筋将较大。第二,快速方便,三维软件整体计算,不必生成单榀框架人工归并,可整楼归并。第三,TAT 或SATWE 还可以进行井式梁的计算,由于PKPM 软件计算梁时仅按矩形计算,而井式梁的断面较小,有可能超筋,此时可取出弯距再按T 型梁补充计算,不必直接加大梁高。在绘制施工图时,较大直径的钢筋连接宜用机械连接取代焊接,造价相差不大,但机械连接可靠并易干检查。机械连接接头位置可任意,但一次截断的钢筋不大于50%,接头位置应错开70d。
3 框架结构的设计技术分析
3.1 基础平面图和详图的设计
地基较软或不均匀的建筑适合选用柱下条基。如果节点基,可以使用较大的厚板跨过[2]。混凝土的节点基础下应当做垫层,如果基础下有防水层,应充分考虑防水层的厚度。如果建筑物的地下室外墙是混凝土,对应楼层的基础梁可以取消。沉降缝两侧的墙体基础须分开,地面以下的伸缩缝和抗震缝等不能设缝,应加强与地面的连接。如果新建的建筑物周围有建好基础,建筑物的基础应当浅于周围建好基础。基础之间的净距离应当大于两者高差的1.5倍或2倍。
3.2 梁详图的设计
如果梁上有挑梁端部或次梁处,应当在梁上附加吊筋和箍筋,优先考虑附加箍筋。梁上的水箱和小柱下,不用加附加箍筋,在结构设计的总说明处画对应的节点。当建筑物的外部梁之间跨度较小是,各个梁高应相等。当建筑梁底与外窗顶部距离较小时,应当将梁高加大至外窗顶部。建筑外部框架的梁外皮应与柱外皮平行,柱与梁之间的偏心应当大于柱宽的1/4,小于柱宽的1/3。
3.3 柱详图的设计
如果建筑框架地上结构为圆柱,低下结构应改为方柱,便于施工。圆柱的纵筋数量应多于8根,箍筋采用螺旋箍,并在柱详图中标明柱端部的水平段。方柱的箍筋应选择井字箍,并按照严格的规范要求加密。幼儿园内不能用方柱,防止方柱对儿童造成身体伤害。对于异型柱结构,一排梁纵筋的根数不应过多,柱端部的纵筋不能过密,避免节点处混凝土浇筑出现困难。柱构件应尽量选择强度较高的混凝土,减少断面处的尺寸[3]。
3.4 设计人员专业素质要求
建筑框架结构设计人员应当结合建筑特点和设计要求,不断提高自身的专业知识和实践能力,满足人们对建筑的要求。嵌固端楼板、嵌固端上下层刚度比和建筑结构抗震缝与嵌固端位置之间的协调性等问题,是技术人员和设计人员工作的难点,设计人员设计时应全面考虑各个环节,以免对日后的施工工作和结构设计造成影响[4]。
结束语
随着人们生活水平的不断提高,人们对建筑建设的要求越来越大,建筑框架结构设计技术应当不断创新,才能适应社会经济的快速发展,才能满足人们的需求,从而保证社会的和谐、安定。本文主要从建筑框架结构中的基础平面图和详图、梁详设计的原则和要求,完善设计技术,保证建筑的适用性和安全性。
参考文献
[1]梁丽芳,都军花.浅谈建筑框架结构设计存在问题及对策[J].科技創新导报2012(11).
[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,2013(4).
[3]黎纯向.建筑工程框架结构设计存在的问题及处理对策[J].门窗,2012(14).
[4]郭文娟.多层房屋建筑框架结构施工技术探讨[J].科技创新导报,2012(17).
作者简介:申士,身份证号:230606198508196113。
罗楠,身份证号:230230198711062338。
关键词:框架结构;设计原则;技术分析
建筑框架结构又称构架式结构,是由柱和梁以铰接或钢接的形式连接而成的结构,抵抗使用过程中出现的竖向荷载和水平荷载,主要起承重作用。框架结构按照不同的跨数可分为多跨和单跨型;按照不同层数可分为多层和单层型;按照立面构成的不同可分为不对称和对称型;按照使用材料的不同可分为钢筋混凝土混合构架、胶合木结构框架、混凝土框架和钢框架等。混凝土框架是常用的建筑框架结构,分为装配整体式、装配式和现浇整体式,如果设计需要还能对板或梁施加一定的预应力。
1 框架结构设计分析
1.1 重要和次要
建筑框架结构设计中最基本的原则就是“抓大放小”和“学会放弃”。举例来说,在钢结构当中,一旦柱失效了,相应的梁也会随之失效。反过来,若干梁失效了,而柱依然能够保证其有效性[1]。从中我们不难看出,柱承担的作用显著超过了梁,而柱的责任也是无可替代的。基于此,设计师应当分清主次,为了防止柱先倒,需要将梁设计成坚固的构件,而将柱设计成相对较薄弱的部分,以防止梁先被破坏,尽量降低其损失。而如果梁和柱均被设计得非常坚固,那么一旦受到外力突然袭击,这两者都极易遭到破坏,带来不可估量的损失。所以要求设计时在钢结构设计的过程中,必须严格按照 “强剪弱弯”“强柱弱梁”的建筑规范来进行设计,找出其中的主要矛盾和次要矛盾,以便能够准确把握梁和柱的关系。
1.2 刚柔重要性
合理的控制刚和柔是确保建筑框架科学、经济的重要因素。如果柔多一点,会为了适应外力的需求而出现极大的变形,能够在很大程度上减少外力的压迫,同时具有花费少、经济的优势。反过来,如果刚多一点,除了会使得工程造价昂贵,不经济外,与此同时,一旦遇到强大的损坏力,也很难起到消减外力的作用,易被外力压迫而导致建筑损坏,但是能够效降低其变形能力。这就要求设计人员应当遵循刚柔并济的原则,如抗震验算时对于不同的楼盖和布置就应当使用刚性、刚柔、柔性的理论来进行设计。
1.3 设防具体
对于任何一个合理的框架结构设计来说,其首先应当是稳固的、安全的,能够有效抵抗基本的损害力,起到保护建筑物的作用,而一旦遭遇突然的损坏力时,那么框架结构的层层防线都应当迅速聚集而来,协同发挥出抵抗外力的功能。反之,如果设计中只是单纯的凭借某一个结构来抵抗外力,对于建筑物来说非常危险同时也是不合理的。举例来说,土建结构中多层墙就会比单层墙牢固,而框架剪力混合墙和纯剪力墙相比,也要更加牢固,从中就表现出了层层设防线和建筑稳固的建筑框架设计原则。
1.4 畅通环节
理想的结构体系当然是浑然一体的一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。中医上云:“通则不痛,痛则不通”,结构就像一个人,气穴若不能畅通,症结和隐患就会产生。在设计的四项基本原则中,“刚柔相济”,“多道防线”,“抓大放小”是设计概念中的战略问题,但要想得让这些战略思想得以实现,靠的是“打通关节”这个原则作为保证的,结构设计的具体操作,最后全都归到“打通关节”的贯彻和实施上来。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。其实处理和成就世间万物,必须使动为动,静为静,才能平衡:必须动者动之,静者静之,才能持久;必须知其本源,施以规则,顺之导之,才能达至繁荣昌盛。一切的一切,以顺应自然为始,达到平衡为终,诸多规则,只是手段,只为平衡,只为畅通。
2 框架结构设计方法
在用PKPM 软件计算梁柱时, 应尽量采用TAT 或SATWE 三维软件。第一,计算结果更接近实际受力状态,如地震力或风力是按抗侧移刚度分配,而不是按框架的楼面从属面积,从框架柱出挑的梁和从次梁出挑的梁,因次梁的支座(框架梁)发生下沉变形,内力重分布,从框架柱出挑的挑梁配筋将较大。第二,快速方便,三维软件整体计算,不必生成单榀框架人工归并,可整楼归并。第三,TAT 或SATWE 还可以进行井式梁的计算,由于PKPM 软件计算梁时仅按矩形计算,而井式梁的断面较小,有可能超筋,此时可取出弯距再按T 型梁补充计算,不必直接加大梁高。在绘制施工图时,较大直径的钢筋连接宜用机械连接取代焊接,造价相差不大,但机械连接可靠并易干检查。机械连接接头位置可任意,但一次截断的钢筋不大于50%,接头位置应错开70d。
3 框架结构的设计技术分析
3.1 基础平面图和详图的设计
地基较软或不均匀的建筑适合选用柱下条基。如果节点基,可以使用较大的厚板跨过[2]。混凝土的节点基础下应当做垫层,如果基础下有防水层,应充分考虑防水层的厚度。如果建筑物的地下室外墙是混凝土,对应楼层的基础梁可以取消。沉降缝两侧的墙体基础须分开,地面以下的伸缩缝和抗震缝等不能设缝,应加强与地面的连接。如果新建的建筑物周围有建好基础,建筑物的基础应当浅于周围建好基础。基础之间的净距离应当大于两者高差的1.5倍或2倍。
3.2 梁详图的设计
如果梁上有挑梁端部或次梁处,应当在梁上附加吊筋和箍筋,优先考虑附加箍筋。梁上的水箱和小柱下,不用加附加箍筋,在结构设计的总说明处画对应的节点。当建筑物的外部梁之间跨度较小是,各个梁高应相等。当建筑梁底与外窗顶部距离较小时,应当将梁高加大至外窗顶部。建筑外部框架的梁外皮应与柱外皮平行,柱与梁之间的偏心应当大于柱宽的1/4,小于柱宽的1/3。
3.3 柱详图的设计
如果建筑框架地上结构为圆柱,低下结构应改为方柱,便于施工。圆柱的纵筋数量应多于8根,箍筋采用螺旋箍,并在柱详图中标明柱端部的水平段。方柱的箍筋应选择井字箍,并按照严格的规范要求加密。幼儿园内不能用方柱,防止方柱对儿童造成身体伤害。对于异型柱结构,一排梁纵筋的根数不应过多,柱端部的纵筋不能过密,避免节点处混凝土浇筑出现困难。柱构件应尽量选择强度较高的混凝土,减少断面处的尺寸[3]。
3.4 设计人员专业素质要求
建筑框架结构设计人员应当结合建筑特点和设计要求,不断提高自身的专业知识和实践能力,满足人们对建筑的要求。嵌固端楼板、嵌固端上下层刚度比和建筑结构抗震缝与嵌固端位置之间的协调性等问题,是技术人员和设计人员工作的难点,设计人员设计时应全面考虑各个环节,以免对日后的施工工作和结构设计造成影响[4]。
结束语
随着人们生活水平的不断提高,人们对建筑建设的要求越来越大,建筑框架结构设计技术应当不断创新,才能适应社会经济的快速发展,才能满足人们的需求,从而保证社会的和谐、安定。本文主要从建筑框架结构中的基础平面图和详图、梁详设计的原则和要求,完善设计技术,保证建筑的适用性和安全性。
参考文献
[1]梁丽芳,都军花.浅谈建筑框架结构设计存在问题及对策[J].科技創新导报2012(11).
[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,2013(4).
[3]黎纯向.建筑工程框架结构设计存在的问题及处理对策[J].门窗,2012(14).
[4]郭文娟.多层房屋建筑框架结构施工技术探讨[J].科技创新导报,2012(17).
作者简介:申士,身份证号:230606198508196113。
罗楠,身份证号:230230198711062338。