鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計基本之淺述

【摘要】本文主要就建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則和要點及鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了簡單闡述。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計；框架結(jié)構(gòu)；鋼筋混凝土

一、前言

隨著我國房地產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，對建筑的要求越來越高，對建筑功能的要求以及對不同建筑類型的需求也越來越多，多高層建筑大量出現(xiàn)。建筑設(shè)計行業(yè)不可避免地受房地產(chǎn)其發(fā)展需求的影響，建筑結(jié)構(gòu)的類型也在隨之不斷變化。對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計及結(jié)構(gòu)工程師，應(yīng)適應(yīng)這種要求，不斷提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計水平。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1概述

內(nèi)容包括：結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則和基本規(guī)定，結(jié)構(gòu)方案，結(jié)構(gòu)上的作用和抗力，結(jié)構(gòu)體系框架結(jié)構(gòu)，多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的概念設(shè)計。

2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計

按照建筑術(shù)語的解釋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是指：為確保建筑物能承擔(dān)規(guī)定的荷載，并保持其剛度、強度、穩(wěn)定性和耐久性進行的設(shè)計。

在建筑工程設(shè)計中一般分為方案設(shè)計、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計三個設(shè)計階段。而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計三個主要階段為：結(jié)構(gòu)方案階段、技術(shù)設(shè)計（結(jié)構(gòu)計算）階段與施工圖設(shè)計階段。

合理的結(jié)構(gòu)方案是良好設(shè)計的開始，在此階段根據(jù)設(shè)計的基礎(chǔ)資料、設(shè)計依據(jù)等文件所提供的數(shù)據(jù)[如：建筑結(jié)構(gòu)安全等級和抗震設(shè)防類別，結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限，工程地質(zhì)勘察報告，建筑所在地的抗震設(shè)防烈度以及建筑場地類別，結(jié)構(gòu)總高度和樓層層數(shù)，作用（荷載）取值等]來確定建筑的結(jié)構(gòu)形式。在確定了結(jié)構(gòu)的形式之后，再根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的要求和特點來布置結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件和承重體系。結(jié)構(gòu)方案還應(yīng)結(jié)合建筑功能和其它專業(yè)的要求綜合考慮，并在投資、質(zhì)量、進度三大控制和綠色建筑方面加以重視。

2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計計算

結(jié)構(gòu)上的作用可分為兩種：直接作用和間接作用。直接作用或間接作用作用在結(jié)構(gòu)上，會使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力和變形（如彎矩、剪力、壓力、拉力、扭矩；彎曲、拉伸、扭轉(zhuǎn)、裂縫、疲勞等），稱之為作用效應(yīng)。整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受各種作用效應(yīng)的能力（如強度、剛度、承載力等）稱為結(jié)構(gòu)抗力。

確定了結(jié)構(gòu)的形式之后，結(jié)構(gòu)師通過結(jié)構(gòu)軟件建立結(jié)構(gòu)計算模型，計算結(jié)構(gòu)的梁、板和柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件在各項作用下的結(jié)構(gòu)抗力，確定結(jié)構(gòu)體系布置和構(gòu)件截面尺寸。結(jié)合位移、變形、裂縫及耐久性等要求采取必要的構(gòu)造措施。使結(jié)構(gòu)滿足承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求。計算時應(yīng)注意計算簡圖的合理性，荷載取值、計算參數(shù)取值應(yīng)恰當(dāng)合理，對計算結(jié)果要有合理判斷。

2.4框架結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土

2.4.1框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)：由梁和柱以剛接或鉸接相連接成承重體系的房屋建筑結(jié)構(gòu)。

當(dāng)建筑采用框架結(jié)構(gòu)時其主要優(yōu)點是：空間分隔靈活，易于配合建筑的平面布置和立面設(shè)計，利于建筑布置較大空間；當(dāng)框架結(jié)構(gòu)的梁、板、柱其構(gòu)件類型較少時易于標(biāo)準(zhǔn)化、定型化，便于采用裝配整體式結(jié)構(gòu)，以縮短施工工期。

框架結(jié)構(gòu)體系的缺點為：框架節(jié)點處內(nèi)力較大應(yīng)力集中顯著；框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度小，在強烈地震作用下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平位移較大，尤其高層框架當(dāng)產(chǎn)生的頂點位移和層間相對位移較大時，會產(chǎn)生較多的非結(jié)構(gòu)性破壞。所以在工程應(yīng)用過程中需要做好抗震設(shè)計，提高框架的抗側(cè)剛度，控制好結(jié)構(gòu)側(cè)移，確保建筑物抗震性能的提升，使其安全性和穩(wěn)定性能夠得到有效的保障。

2.4.2鋼筋混凝土

在眾多建筑材料中，鋼筋和混凝土由于它們材料性能的特點形成可以共同工作的結(jié)構(gòu)形式，更因其符合經(jīng)濟實用耐久的條件，長期以來被大規(guī)模使用。在我國，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用較為廣泛，尤其近幾年鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)占了建筑形式的絕大多數(shù)。

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋承受拉力，混凝土承受壓力。使其具有堅固、耐久、防火性能好、比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省鋼材和成本低等優(yōu)點。

當(dāng)采用現(xiàn)澆混凝土框架時，結(jié)構(gòu)的整體性能和剛度較好，對不規(guī)則平面適應(yīng)性強且可以把梁或柱澆注成各種需要的截面形狀。

2.4.3框架結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計

A.建筑結(jié)構(gòu)的合理布置

（1）合理的建筑布置在抗震設(shè)計中非常重要。盡量在平面和豎向布置上簡單、規(guī)則、對稱?！耙?guī)則”包括了對建筑的平面和立面外形尺寸、抗側(cè)力構(gòu)件布質(zhì)量分布、承載力分布等諸多因素的綜合要求。建筑師和結(jié)構(gòu)師需互相配合，才能設(shè)計出抗震性能良好的建筑。（2）減少偏心，剛度中心與質(zhì)量中心盡量重合，減少扭轉(zhuǎn)影響，剛度和質(zhì)量布置上變化均勻。（3）質(zhì)量大的跨間宜布置在距剛度中心較近的部位，不宜布置在結(jié)構(gòu)單元的邊緣。（4）盡量少采用大懸挑結(jié)構(gòu)；（5）圍護結(jié)構(gòu)宜采用輕質(zhì)材料合理布置。

結(jié)構(gòu)體系的合理布置：（1）具有明確的計算簡圖，傳力路線應(yīng)簡捷明了。（2）具有多道抗震防線。（3）具有必要的強度、變形能力、耗能能力。（4）具有合理的強度、剛度分布，避免突變。平面布局中，應(yīng)當(dāng)盡量使柱網(wǎng)按開間等跨和進深等距布置，而提高結(jié)構(gòu)的整體剛度。（5）提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)移能力。

B.延性設(shè)計

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計除加強結(jié)構(gòu)強度外還應(yīng)注重結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計，注重結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施。

強柱弱梁設(shè)計原則。使結(jié)構(gòu)在地震中形成所追求的“梁鉸機構(gòu)”或“梁柱鉸機構(gòu)”，較合理的框架破壞機制應(yīng)是梁比柱的塑性屈服盡可能早發(fā)生和多發(fā)生，底層柱根的塑性鉸較晚形成。采取必要的措施使可能形成塑性鉸的部位具有足夠的延性能力和必要的耗能能力。

強剪弱彎設(shè)計原則?？刂平Y(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞形態(tài)，保證構(gòu)件延性，使內(nèi)力重分布得以充分發(fā)展，防止產(chǎn)生脆性破壞。

強節(jié)點弱構(gòu)件設(shè)計原則。框架結(jié)構(gòu)中的節(jié)點為聯(lián)系整個結(jié)構(gòu)體系的樞紐，因此應(yīng)重視節(jié)點核心區(qū)的設(shè)計，提高節(jié)點核心區(qū)的強度。

結(jié)束語：

綜上所述，結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須滿足結(jié)構(gòu)的可靠性，即建筑結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間（設(shè)計使用年限），在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計、施工、使用、維修）必須保證完成預(yù)定的建筑結(jié)構(gòu)功能。

參考文獻：

[1]郭玉陽.試述建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則與方法.

[2]建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009--2001.

[3]建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB50011--2010.

[4]混凝土結(jié)構(gòu)計算手冊.

[5]混凝土結(jié)構(gòu)基本原理.上、下冊，中國建筑工業(yè)出版社，2008.