框架结构设计中的问题及应对措施

摘要：钢筋混凝土框架结构是常用的结构体系，其侧向刚度小，平面布置灵活，易于满足建筑物设置大空间的要求，在工业与民用建筑中应用广泛。本文主要针对框架结构设计中的一些问题进行探析，并提出相应措施。

关键词：框架结构；结构设计；问题；应对措施

前言

框架结构自重较轻，建筑空间分隔灵活，且节省材料。如框架、框剪、框筒等结构体系中均包含框架结构。框架结构受水平力的变形是剪切型，不同于剪力墙的弯曲型，上部层间相对变形较小。由于其构件截面简单，梁、柱构件易于标准化，便于采用装配式结构，缩短施工工期。但由于其侧刚小，地震反应中非承重墙的多少以及布置方式等对框架结构的影响较大。框架结构的设计要注重结合建筑功能需求，合理布置结构梁柱，使空间使用功能最大化。

一、框架结构设计存在的问题

框架结构设计主要分为地上、地下部分及其计算，地下部分主要是地基问题，地上部分主要是梁、板、柱结构构件。对结构概念的理解及应用是设计好产品的前提。

1. 自振周期折减问题

不同的结构体系，根据非承重墙布置采用不同的自振周期折减系数来模拟非承重墙对结构的影响是通用做法，对框架结构体系普遍取0.6～0.7。然而，实际设计中，有些建筑仅布置极少的非承重墙，结构仍按常规取值，造成内力放大过大，浪费材料。

2. 结构设计中地基问题

基础是建筑物安全的根本，在结构设计中占据很重要的地位。地基中出现的主要问题一是地基设计不合理，不同的工程有着不同的地质条件。一些结构设计师在设计时盲目套用设计图样，照搬照抄其他项目设计图纸，或者直接使用一些不合适的理念，甚至未考虑实际地形的影响，导致地基的设计出现问题。如一侧靠山坡的基础未考虑可能的滑坡对基础和建筑产生的推覆作用。问题二是盲目加大基础设计，造成材料的大量浪费，不符合经济合理的设计原则。如基础底板做的过厚等。

3. 框架结构中梁柱的问题

一些设计者在设计梁柱时，为了受力分析方便，故意把柱子的截面高度设计的过小，使梁柱的线刚度比加大。此种做法虽然容易进行结构的受力分析，但是却给房屋的结构留下了隐患。这样的做法忽略了刚结的作用，忽略了柱子对梁的约束弯矩。整个结构一旦受力，抗弯强度肯定不够，在梁底就会出现很多条裂缝，形成塑性铰，影响了房屋的使用质量，也违背了抗震规范中的 “强柱弱梁” 的设计原则。

4. 框架结构中楼板的问题

楼板是建筑工程中的承重构件，将楼面、屋顶的荷载传给周围其他的构件。楼板的设计一旦出现问题，势必会影响梁柱等构件的安全和稳固。为了计算方便简单的将双向板作为单向板计算，这样的结果导致与实际受力状态不符合，一个方向过大，另一个方向仅仅按照构造配筋，出现板开裂情况。这样的设计在一些PC叠合楼板中也有反映。

以上这些地方出现任何问题，都会导致结构的承载力下降、房屋变形或地基下沉，引起构件开裂甚至破坏，影响结构的抗震承载能力。

二、框架结构设计中存在问题的应对措施

结构设计一方面要遵守经济合理的设计原则，根据实际工程的需要，不盲目浪费材料，符合环保节约的精神，也符合结构优化设计的原则。另一方面也要严格按照设计规范要求进行设计，保证结构安全，消除结构隐患。这需要设计人员不断加强自我的学习能力，升华技术和理论能力。

1. 自振周期折减问题的改进对策

我们知道，折减系数越小，地震产生的构件内力越大，截面、配筋等也就相应增大。对非承重墙很少的框架结构体系，建议按框架满布时采用折减系数0.5，没有非承重墙时取1.0，根据非承重墙多少比例按插值计算，但不小于0.9，既可以满足结构安全，也可以节约材料。

从汶川地震情况看，无砌体墙的框架结构在地震作用下是安全的。

2. 针对地基中存在问题的改进对策

地基是承受上部结构荷载影响的那一部分土体。在结构设计中，设计人员首选需要根据实际情况选择合理的土质的地基，对各种事故隐患具有足够的前瞻性，并采取慎重的态度，稳妥的措施，同时要兼顾使用要求和工程造价的控制要求，使地基符合以下要求：一强度，地基需要具有足够的承载力；二变形，地基的沉降量需要控制在一定的指标和范围内，不同部位的地基沉降差不能相差太大，否则上层建筑物会发生开裂变形的后果；三稳定，地基要具备防止产生建筑物倾覆、失稳，抗震等方面的能力。在必要的情况，比如地质状况不佳的条件下，坡地、沙地或者淤泥地质，而上部又多为高层建筑时候，需要采用人工加固地基的方法，使地基具有足够的承载能力。

3. 针对框架梁柱设计中存在的问题改进对策

a.框架结构柱

柱是竖向力的传导者，应有足够的延性，柱截面的高宽均不应小于300mm，高宽比应小于3，净高与截面高度比不应小于4。柱配筋时，不同层配筋应连贯，不应纯粹为了省钢筋而频繁变换钢筋直径和数量。尤其当嵌固端不在基础时，嵌固端下层配筋应在上层配筋的基础上增加钢筋数量满足1.1倍关系，防止上下层钢筋在嵌固部位搭接产生较强的截面，改变塑性铰位置，不符合嵌固端概念也不利抗震。

由于短柱的抗剪性能较差，因此在框架结构设计时应注意避免较多短柱，柱与梁的线刚度比宜控制在3～5，符合“强柱弱梁”概念。设计时应考虑梁柱刚域，实际是减小梁柱计算长度，符合结构实际受力状态。不考虑刚域时梁端弯矩取柱中心位置计算值，导致梁端负弯矩加大，增加梁端配筋，显然与实际情况不符，也有悖于强柱弱梁的抗震理念。

b.框架结构梁

框架结构梁设计时为了达到强柱弱梁的效果，对梁截面不要刻意做的高大，对短梁在可能时建议弱化截面，避免形成深梁；当不能避免时，应增加腰筋的配置加强梁的延性设计。框架梁配筋时满足计算即可，应鼓励采用部分计算不需要的纵筋不伸入支座，这符合“强柱弱梁”概念的设计，但现行施工图设计中反而较少采用。

建筑梁高受建筑立面控制，当梁高与门窗顶部高差较小时，应考虑将梁截面加高。否则一是较小的门窗顶过梁难以施工，二是过梁截面较小时难以满足挠度及裂缝要求，而这点设计人员常容易忽略，造成隐患。

4. 框架结构中楼板问题的对策

控制楼板厚度使之达到一定跨厚比可以有效防止楼板的开裂。除此之外，计算中应采用合理的模型，如正确定义弹性板或弹性膜等，之后的计算也需要采用总刚计算法，否则按侧刚计算的还是要按照刚性楼板计算内力和配筋。对异形板应采用有限元法复核配筋、挠度和裂缝。

框架结构楼板设置后浇带时，应注意后浇带两侧梁板关系和施工要求，防止大悬挑板跨和不当的施工方法使楼板产生难以恢复的变形。

结语

结构设计中不可避免地会出现一些问题，问题的解决需要对规范的理解，需要对理论和技术的认识，同时也要结合各专业设计和现场实际情况，才能找到一个完美的解决方案。

总之，框架结构设计虽简单但却需在细节处着眼。作为一名结构设计人员，不但需要扎实的理论功底，而且还需要创新的思维和认真的负责的工作态度。只有严格要求自己，认真并严格执行现行的规范，才能从根本上杜绝和消除设计质量的隐患，才能带来更为安全稳固的产品。

参考文献：

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