分析建筑框架结构设计的有效性

摘要：随着国民经济的深入发展，我国的建筑工程取得了良好的成果，建筑框架结构的应用也越来越广泛，本文简要介绍了建筑框架结构设计的组成部分，探讨了框架结构设计的原则，并分析了提高建筑框架结构设计有效性的措施，指出设计过程中应遵循分清主次、刚柔并济的原则，合理调整基础面积与宽度，尽可能消除建筑物的安全隐患。

关键词：建筑；框架结构；设计；原则

中图分类号：TU2文献标识码： A

前言：当今社会，随着人们对建筑物的模式以及使用功能的要求日渐增高，对建筑框架结构设计的有效性要求也越来越高。在建筑框架设计的过程中，应该尽量满足分清主次、多道防线、刚柔并济和多道设防的原则，合理调整基础面积和宽度，提高建筑工程的质量，保证居民的人身安全，尽可能消除建筑物的安全隐患，提高建筑框架结构的有效性。

1、框架结构设计原则

1)分清主次的原则。有“抓大放小”“学会放弃”等是建筑框架结构设计中需具有的十分重要的理念。在钢结构当中，如果柱失效了，那么梁也会跟着失效；但是梁失效了，而柱还是可以不失效的。由此可见，柱承担的作用远远大于梁的作用，柱的责任是无可替代的。为了避免柱先倒，我们应该把柱设计的相对强一些，而把梁设计的相对弱一些，避免柱先被破坏，尽可能的减少其损失。若将梁和柱都设计的强弱相当，当外力突然袭击时，两者很有可能同时被破坏，将会造成更大的伤害和损失。因此，在钢结构设计当中，应遵循“强剪弱弯”“强柱弱梁”的设计理念，抓住主要矛盾和次要矛盾，正确把握梁和柱的关系，即柱相对梁应强，而梁相对柱应弱，合理选择梁柱的设计强弱，尽量把其带来的损失控制到最小。

2)刚柔并济的原则。成功的建筑框架结构设计是能够合理地控制好结构的刚度和柔度的。如果结构设计的太柔，虽然能够减少水平外力作用的破坏，且造价相对偏低一些，但是在外力的作用下可能发生很大的变形，不能满足建筑的耐久性的要求，也可能带来一些安全隐患。如果结构设计的太刚，不仅造价昂贵、工程不经济，而且当水平外力作用的时候，由于结构的变形能力较小，不容易消耗外力的作用，在外力的作用下发生极大地破坏。所以结构的刚柔性应控制在一个合理的范围。

3)多道抗震防线。一个抗震结构体系，应有若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作，如框架一抗震墙体系是由延性框架和抗震墙两个系统组成；双肢或多肢抗震墙体系由若十个单肢墙分系统组成；抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识地建立起一系列分布的屈服区，以使结构能够吸收和耗散大量的地震能量，一旦破坏也易于修复。多道抗震防线对抗震结构是必要的。如果建筑物采用的是多重抗侧力体系，第一道防线的抗侧移构件在强烈地震袭击下遭到破坏后，后备的第二道乃至第三道防线的抗侧力构件立即接替，抵挡住后续的地震动的冲击，可保证建筑物最低限度的安全，免于倒塌。原则上说，应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙，或者选用轴压比值较小的抗震墙、实墙筒体之类构件，作为第一道抗震防线的抗侧力构件。一般情况下，不宜采用轴压比很大的框架柱兼作第一道防线的抗侧力构件。当建筑物受到强烈地震动主脉冲卓越周期的作用时，一方面利用结构中增设的赘余杆件的屈服和变形，来耗散输入的地震能量；另一方面利用赘余杆件的破坏和退出工作，使整个结构从一种稳定体系过渡到另一种稳定体系，实现结构周期的变化，以避开地震动卓越周期长时间持续作用所引起的共振效应。这种通过对结构动力特性的适当控制，来减轻建筑物的破坏程度，是对付高烈度地震的一种经济、有效的方法。

2、建筑结构设计的组成

合理的建筑物设计应该由结构设计、建筑设计、通风设计和照明设计等等组成。每一个部分的设计都应该尽量满足经济、合理、安全、环保、美观和使用功能的基本要求。结构设计是建筑框架设计经济、环保的一个重要组成部分，而建筑设计是一个建筑物发挥其使用价值和功能的重要体现，通风和照明设计时体现了合理设计的要求。

3、提高建筑框架结构设计有效性的措施

3．1建筑物结构设计的基本要求

自我国建筑物频频出现易倒塌、裂缝等现象以来，我国便对建筑框架结构设计制定了设计规范来控制建筑设计的质量，一定要做到以下三点：1)在设计前就应该考虑到当结构中同时出现几种作用效应的时候，严密计算出每一种作用效应，尽量按照最有利的作用效应来设计，避免最不利的效应设计。2)计算及验算：应当计算每个构件能够承受的最大应力并且验算其在正常状况下能够承受的最大应力和构件的疲劳强度。3)抗震结构：从唐山大地震到汶川地震，再到汶川地震，地震在我国频频发生，更需要重视抗震设计，应该严格根据我国不同地区抗震等级的抗震设计来计算其所需要的参数值，严格按照抗震设防的要求进行设计。

3．2从设计原则上提高有效性

1)抗剪措施。合理的建筑框架结构设计是强剪弱弯的，主要作用是防止构件的脆性被破坏，保持其延性。为了确保建筑物的结构在经历罕遇地震的过程中其不被破坏而剪切失效，应该在建筑框架结构设计时增加承重构件的抗剪承能力和抗弯能力。因此，在建筑框架结构设计中要符合抗剪能力和抗弯能力的规范要求。

2)强柱弱梁的措施。强柱弱梁是建筑框架结构设计的重要原则之一，主要是为了确保结构的延性，在罕遇地震突然来袭时，这种设计可以保证柱端处于非弹性使梁端形成塑性铰。因此，在我国建筑设计规范允许的范围之内，尽可能把柱截面的尺寸做的更大些，让梁线刚度与柱线刚度的比值控制在1之内，同时控制柱轴压比符合规范要求，加强延性。为了避免在经历罕遇地震时粱端处于弹性状态，不得把梁端的纵向受拉的配筋设计得太高，使塑性铰出现在柱头。

3)结构设计的措施。a．对大跨度柱网的建筑框架结构设计应该对柱箍筋的全长进行加密，避免因为楼梯平台梁与在楼梯间处的框架柱相连接，使得楼梯间处的柱形成短柱。因此，在设计中应该对短柱采取加强措施。b．应当重视使外框架有成为短柱的可能，因为在框架结构外立面为带形窗时，有可能使外框架柱形成短柱，应当引起重视。c．我们都很明确建筑物的裂缝给居民带来的不便和损害，一般情况下在设计中是不得出现裂缝的。但是意外出现时，可以运用混凝土来补偿浇筑。在屋面适当地设计后浇带，可以通过密而细的配筋来加强后浇带使其更加稳固。d．如果改变框架设计的消耗能量的形式，即从轴变向弯曲的方向发展，增加赘余的配件。由于赘余的配件在外力的作用下会失去原来效果，在较大地震来临时，不仅仅可以利用这些赘余的配件弯曲来抵抗外来能量，还可以减少地震带来的建筑物共振效应，稳固建筑物。

3．3从基础面积和宽度的计算上提高有效性

建筑框架结构设计过程中其有效性比较低或者建筑设计不合理的一个重要原因是，在计算其基础面积或者宽度的时候，经常不够明确梁和柱的作用效应或者考虑问题不够全面详细，导致基础面积或宽度浪费或者不足。当有较大的力作用在墙上的时候，虽然墙体可以把这种力量向地基扩散，但是这样的缺点是基底的反作用力不平衡，并且其反力地基的扩散范围是有限的。为了避免出现基础面积和宽度不足或者浪费，在建筑框架结构设计时可以通过计算平均线荷来确定基础所需要的值。因此，通常采用调整计算出的平均线荷来解决基础宽度和宽度不足或者浪费的问题，从而改善其有效性。

3．4从框架柱长度方面提高有效性

在建筑框架结构设计的过程当中，设计者往往会在地基上下一点设计一个连接的梁，这样不仅可以提高建筑框架结构设计的有效性，还可以控制由于不稳定而出现的移动现象。这个起到连接作用的梁通常由两个部分组成，框架柱的长度的参数值由于连接的梁不可能稳固整个建筑框架结构，所以这个取值应当合理，即为基础顶面和连接梁顶面之间的距离。基础顶面和连接梁顶面中较大力可以作为连接梁的设计依据，从而计算框架柱的长度，提高建筑框架结构设计的有效性，促进控制建筑物的稳定性。

4、结语

总而言之，我们应该通过提高建筑框架结构设计的有效性，来消除建筑的不良安全隐患。在实际的应用当中，我们应该遵循刚柔并济、分清主次、多道防线和层层设防等基本设计原则，来计算和控制框架柱长度方面、基础面积和宽度，以此来保证建筑框架结构设计的有效性，促进建筑物的稳定性和安全性。

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