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摘要:现代的社会的发展方向都是商业化、工业化以及城市化这样一个大的方向,而房屋的建筑结构也不再那么的单一,而是朝着高层和多层的方向发展。房屋的结构形式从比较简单的砖混结构过渡到了更加复杂和专业的框架、剪刀墙、框架剪力以及钢体,在这样一些主流建筑结构当中还是存在着一些问题需要我们注意以及尽快的进行解决,才能够保证相关的建筑项目的完成质量以及对于后期的使用时的可靠性。本文提出框架结构设计中经常发现的问题,并对此及采取的措施方面进行了分析,为框架结构的设计提供了参考.
关键词:框架结构 设计设计问题与对策
中图分类号: S611 文献标识码: A
1 框架结构设计概述
1.1 框架结构设计的定义。建筑框架结构设计主要是依据框架设计,抗震等级,人防等级,地基情况及承载力,防潮抗渗做法,活荷载值,材料等级,施工中的注意事项,选用详图,通用详图或节点,以及施工图中未画而通过说明来表达的信息。
1.2 框架结构设计的主要内容。建筑框架结构设计主要包括以下内容:设计标准(基本风压;抗震设防烈度,设计地震加速度,设计地震分组,抗震等级,安全等级,场地土类别;活荷载值;人防等级);选择依据;地基情况及承载力;防潮抗渗做法;承重墙墙和后砌填充墙及抗震措施;环境类别,混凝土保护层;材料等级(安全前提下保证经济);框架梁柱抗震构造措施;基坑回填土;设计软件;施工中的注意事项。以及在施工图中未画出而通过说明来表达的信息。如:正负零以下应采用水泥砂浆,以上采用混合砂浆;选用详图,通用详图或节点。
2 框架结构设计原则
建筑框架结构设计应遵循一定的原则,在设计过程中除应满足“强柱弱梁”、“强剪弱弯”,“强节点强锚固”的基本设计原则外,还应遵循以下几个原则:
2.1 刚柔并济原则。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,太柔的结果必然是太大的变形,甚至会导致立足不稳而失去根本。
2.2 多道防线原则。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。
2.3 抓大放小原则。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。一但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,明智之举是要让次要构件先去承担灾难。如果平均用力,可能会“玉石俱焚”,损失则更大!
2.4 打通关节原则。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但被破坏,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。
3框架结构设计常见的问题及对策
3.1独立基础设计的承重力的取值问题
钢筋混凝土的多层框架结构下的房屋都是采用柱下独立结构基础的。在我国
的《建筑抗震设计规范》当中有明确指出,当地基的受力层区域之内没有软弱粘
性土层的时候,不超过8 层且高度在25m 以下的一般民用框架房屋或荷载相当
的多层框架厂房,可以不用进行地基和基础的抗震承载力的验算。这个意思就是,在有8 度的地震区域,很多的钢筋混凝土的多层结构的建筑房屋是可以不用进行
地基和基础的抗震承载力的验算工作的。但是并不是这些房屋没有任何需要考虑
的地方,在进行基础设计的时候,要考虑的是对风的承载力,所以,在进行钢筋
混凝土多层房屋进行建筑设计的时候需要把风的承载力考虑进去才算完善,不可
将这样一项因素给忽略掉了。
还有一种情况就是,在进行个独立设计的时候,外荷载力作为一个在基础顶
面上的力,是只考虑到了轴力设计值和弯矩设计值的,而对于剪力设计值不考虑,
或者是对轴力设计值只考虑少量的情况。这样两种情况都是会让基础设计的大小
出现偏差的,朝较小的一个数据值向发展,配筋用的少了,那么基础本社以及上
面部位的结构安全就会受到相应的影响了,在后期的使用过程当中,往往会存在
一些潜在的危险性因素的。
3.2钢筋混凝土保护层厚度的取值
3.2.1、出现的问题
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
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。
3.2.2处理对策
(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,主筋的保护层厚度
可采用(a+d) {a 为箍筋保护层最小厚度,d:为箍筋直径},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。
3.3梁、板和柱的强度设置问题
在施工过程中,梁、板和柱常常采用不同等级的混凝土,从受力特征来看,
这样处理比较经济合理,然而,从实际效果来看,往往不尽如人意。梁、板和柱
如若采用三种等级的混凝土,将会使施工工序变得复杂,延长施工工期,增加施
工难度。除此之外,还可能出现高强度的梁或节点浇筑低强度混凝土或者低强度
等级的梁或节点浇筑高强度混凝土等不合理现象。给施工造成严重质量和安全隐
患。结构设计时最好采用统一的强度等级;或柱采用一种混凝土强度等级,梁和
板采用另一种混凝土强度等级,并且只在节点处采取特殊措施,以简化施工工艺,
提高施工效率,保证施工质量。
3.4强柱弱梁节点设计
由于在當前高层建筑结构设计中,对地震的影响因素考虑的都不太周全,使
得在地震来临时,建筑物会出现各种问题与故障,这也是当前建筑结构形式中的
主要缺陷。这种缺陷和问题是以梁柱节点在设计中存在问题为主要影响形式和影
响因素的。在设计过程中,需要对各个梁端和截面进行控制以及对抗弯能力进行
管理,这是当前钢筋混凝土框架结构设计的关键,更是决定由强震引起柱端截面
屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动能力,而且不致形成“层侧移机构”,保
证柱不被压溃的关键控制措施。当建筑许可时,尽可能的将柱的截面尺寸设计的
大些,并控制柱的轴压比要满足规范要求,以增加延展性。在进行截面承载力验
算时,将柱的设计弯矩按强柱弱梁原则调整放大,加强柱的配筋。框架梁加密区
箍筋肢距应满足混凝土结构设计规范的要求。
3.5框架与剪力墙的连接方式
通常情况下,认为框架与剪力墙的连接方式有两种,一种是刚接,一种是铰
接。当框架与剪力墙的连接方式为刚接时,连梁的作用就得到了体现。其结构主
要是通过连梁把框架与剪力墙进行连接的,这样连梁和剪力墙就能共同工作,使
结构的整体刚度得到了保障。同时,在遇到大的地震作用下,连梁首先承受地震
的作用,首先进入了塑性阶段来缓解地震作用,这样结构的整体稳定性得到了一
定的满足。当框架与剪力墙的连接方式为铰接时,在设计中连梁的作用发挥不大,
主要的作用需要考虑楼板的连接。但通常情况下,楼板需要开设孔洞,例如楼梯、
电梯井等。所以楼板的连接就起不到很好的作用,这样剪力墙的约束就会减少,
结构整体的刚度就会变小,结构的整体稳定性就得不到满足。
3.6结构周期的折减系数
对于框架结构等这样一些比较复杂的结构设计,对于抗震工作的建设会更需
要注意相关的操作。在框架结构当中因为有填充墙的存在,那么结构的一个实际
的刚度值会比计划计算当中的刚度值要大。也就是说,相应的计算出来的地震剪
力值就会比实际的要偏小,那么结构就会处在一个不太安全的状态之下了。所以
在进行结构的计算周期这件事情上,除了需要反复的进行计算之外,还要对所得
的数据进行一个的折减工作,以确保其的完全准确性。
4结语
总之,本文提出的都是些框架结构设计中容易疏忽的问题。如
果处理不好或计算过程中未加考虑不但会导致结构不合理,甚至结构不安全。从事设计的人员在精于结构电算分析的同时,更应注意到以上所提到的在设计过程中碰到的类似问题,使施工图的设计更完善,保证结构的安全、经济、耐久、适应。
关键词:框架结构 设计设计问题与对策
中图分类号: S611 文献标识码: A
1 框架结构设计概述
1.1 框架结构设计的定义。建筑框架结构设计主要是依据框架设计,抗震等级,人防等级,地基情况及承载力,防潮抗渗做法,活荷载值,材料等级,施工中的注意事项,选用详图,通用详图或节点,以及施工图中未画而通过说明来表达的信息。
1.2 框架结构设计的主要内容。建筑框架结构设计主要包括以下内容:设计标准(基本风压;抗震设防烈度,设计地震加速度,设计地震分组,抗震等级,安全等级,场地土类别;活荷载值;人防等级);选择依据;地基情况及承载力;防潮抗渗做法;承重墙墙和后砌填充墙及抗震措施;环境类别,混凝土保护层;材料等级(安全前提下保证经济);框架梁柱抗震构造措施;基坑回填土;设计软件;施工中的注意事项。以及在施工图中未画出而通过说明来表达的信息。如:正负零以下应采用水泥砂浆,以上采用混合砂浆;选用详图,通用详图或节点。
2 框架结构设计原则
建筑框架结构设计应遵循一定的原则,在设计过程中除应满足“强柱弱梁”、“强剪弱弯”,“强节点强锚固”的基本设计原则外,还应遵循以下几个原则:
2.1 刚柔并济原则。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,太柔的结果必然是太大的变形,甚至会导致立足不稳而失去根本。
2.2 多道防线原则。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。
2.3 抓大放小原则。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。一但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,明智之举是要让次要构件先去承担灾难。如果平均用力,可能会“玉石俱焚”,损失则更大!
2.4 打通关节原则。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但被破坏,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。
3框架结构设计常见的问题及对策
3.1独立基础设计的承重力的取值问题
钢筋混凝土的多层框架结构下的房屋都是采用柱下独立结构基础的。在我国
的《建筑抗震设计规范》当中有明确指出,当地基的受力层区域之内没有软弱粘
性土层的时候,不超过8 层且高度在25m 以下的一般民用框架房屋或荷载相当
的多层框架厂房,可以不用进行地基和基础的抗震承载力的验算。这个意思就是,在有8 度的地震区域,很多的钢筋混凝土的多层结构的建筑房屋是可以不用进行
地基和基础的抗震承载力的验算工作的。但是并不是这些房屋没有任何需要考虑
的地方,在进行基础设计的时候,要考虑的是对风的承载力,所以,在进行钢筋
混凝土多层房屋进行建筑设计的时候需要把风的承载力考虑进去才算完善,不可
将这样一项因素给忽略掉了。
还有一种情况就是,在进行个独立设计的时候,外荷载力作为一个在基础顶
面上的力,是只考虑到了轴力设计值和弯矩设计值的,而对于剪力设计值不考虑,
或者是对轴力设计值只考虑少量的情况。这样两种情况都是会让基础设计的大小
出现偏差的,朝较小的一个数据值向发展,配筋用的少了,那么基础本社以及上
面部位的结构安全就会受到相应的影响了,在后期的使用过程当中,往往会存在
一些潜在的危险性因素的。
3.2钢筋混凝土保护层厚度的取值
3.2.1、出现的问题
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
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。
3.2.2处理对策
(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,主筋的保护层厚度
可采用(a+d) {a 为箍筋保护层最小厚度,d:为箍筋直径},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。
3.3梁、板和柱的强度设置问题
在施工过程中,梁、板和柱常常采用不同等级的混凝土,从受力特征来看,
这样处理比较经济合理,然而,从实际效果来看,往往不尽如人意。梁、板和柱
如若采用三种等级的混凝土,将会使施工工序变得复杂,延长施工工期,增加施
工难度。除此之外,还可能出现高强度的梁或节点浇筑低强度混凝土或者低强度
等级的梁或节点浇筑高强度混凝土等不合理现象。给施工造成严重质量和安全隐
患。结构设计时最好采用统一的强度等级;或柱采用一种混凝土强度等级,梁和
板采用另一种混凝土强度等级,并且只在节点处采取特殊措施,以简化施工工艺,
提高施工效率,保证施工质量。
3.4强柱弱梁节点设计
由于在當前高层建筑结构设计中,对地震的影响因素考虑的都不太周全,使
得在地震来临时,建筑物会出现各种问题与故障,这也是当前建筑结构形式中的
主要缺陷。这种缺陷和问题是以梁柱节点在设计中存在问题为主要影响形式和影
响因素的。在设计过程中,需要对各个梁端和截面进行控制以及对抗弯能力进行
管理,这是当前钢筋混凝土框架结构设计的关键,更是决定由强震引起柱端截面
屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动能力,而且不致形成“层侧移机构”,保
证柱不被压溃的关键控制措施。当建筑许可时,尽可能的将柱的截面尺寸设计的
大些,并控制柱的轴压比要满足规范要求,以增加延展性。在进行截面承载力验
算时,将柱的设计弯矩按强柱弱梁原则调整放大,加强柱的配筋。框架梁加密区
箍筋肢距应满足混凝土结构设计规范的要求。
3.5框架与剪力墙的连接方式
通常情况下,认为框架与剪力墙的连接方式有两种,一种是刚接,一种是铰
接。当框架与剪力墙的连接方式为刚接时,连梁的作用就得到了体现。其结构主
要是通过连梁把框架与剪力墙进行连接的,这样连梁和剪力墙就能共同工作,使
结构的整体刚度得到了保障。同时,在遇到大的地震作用下,连梁首先承受地震
的作用,首先进入了塑性阶段来缓解地震作用,这样结构的整体稳定性得到了一
定的满足。当框架与剪力墙的连接方式为铰接时,在设计中连梁的作用发挥不大,
主要的作用需要考虑楼板的连接。但通常情况下,楼板需要开设孔洞,例如楼梯、
电梯井等。所以楼板的连接就起不到很好的作用,这样剪力墙的约束就会减少,
结构整体的刚度就会变小,结构的整体稳定性就得不到满足。
3.6结构周期的折减系数
对于框架结构等这样一些比较复杂的结构设计,对于抗震工作的建设会更需
要注意相关的操作。在框架结构当中因为有填充墙的存在,那么结构的一个实际
的刚度值会比计划计算当中的刚度值要大。也就是说,相应的计算出来的地震剪
力值就会比实际的要偏小,那么结构就会处在一个不太安全的状态之下了。所以
在进行结构的计算周期这件事情上,除了需要反复的进行计算之外,还要对所得
的数据进行一个的折减工作,以确保其的完全准确性。
4结语
总之,本文提出的都是些框架结构设计中容易疏忽的问题。如
果处理不好或计算过程中未加考虑不但会导致结构不合理,甚至结构不安全。从事设计的人员在精于结构电算分析的同时,更应注意到以上所提到的在设计过程中碰到的类似问题,使施工图的设计更完善,保证结构的安全、经济、耐久、适应。