框架式建筑设计方法与应用_冯时宇.pdf

2023年6期设计创新科技创新与应用Technology Innovation and Application框架式建筑设计方法与应用冯时宇，任建红*（青岛工学院 建筑工程学院，山东 青岛 266300）结构设计可以提高建筑结构的空间利用率，保证整体布置的科学性和合理性，使建筑整体的功能满足使用者的需要。在建筑工程中，框架结构是一种承载构件，其结构形式是梁与柱的刚性联结，梁与柱能够承载水平荷载和纵向荷载，是结构体系中的一个主要构件。框架结构的重量更轻，材料更少，空间布局可以达到灵活的要求，同时也保证了人们的个性化需求1。随着我国建筑业的迅速发展，对建筑的性能、安全的要求也越来越高，框架结构已成为目前建筑结构设计的一个重要组成部分，它也为建筑节能等诸多问题的研究开辟了一条崭新的道路。1建筑设计1.1建筑平面设计建筑平面是指在建筑物内各个水平方向上，各个构件之间的协调关系。同时，也反映了各个建筑空间和它们周围的垂直构件的联系。所以，在整体建筑设计摘要：框架结构是由很多梁和柱子共同构成，能够承载整个房子的荷载。在高层住宅和多层工业厂房中，由于受力大，砖砌体的承重能力已经不能满足大荷载的需要，因此一般都采用框架结构。该工程为框架式民用建筑物设计，其中分为建筑设计和结构设计 2 部分。建筑设计，根据工程设计的任务书内容及技术要求，从建筑用地条件、应用特性、建筑构造、工艺、选材、技术、管理及建筑的审美价值等各方面的角度考虑后，在符合城市整体规划的情况下，提供建筑实施方案。建筑设计主要基于结构的安全性、适用性和可靠性的原则，同时，按照办公楼设计思路和设计理念，对此项工程的施工方案、施工图纸进行设计。结构设计就是选取拥有典型特征的一榀框架进行内力分析计算，利用 D 值法计算水平风荷载与地震荷载，利用力矩二次分配法来分析计算竖向荷载，紧接着开展荷载的内力组合，分析比对得到最不利的内力组合方式，梁、板、柱、基础的设计和配筋计算均根据该荷载数值进行计算和分析。关键词：框架结构；抗震；内力计算；内力组合；结构配筋设计中图分类号：TU375.4文献标志码：A文章编号：2095-2945（2023）06-0124-04Abstract:The frame structure is composed of many beams and columns,which can carry the load of the whole house.In high-rise residential buildings and multi-storey industrial factories,due to the large force,the load-bearing capacity of brick masonry cannot meet the needs of heavy load,so frame structure is generally adopted.This project is a frame civil building design,which isdivided into two parts:architectural design and structural design.Architectural design:according to the contents and technicalrequirements of the engineering design,after considering the conditions of building land,application characteristics,buildingstructure,technology,material selection,technology,management,aesthetic value of architecture and other aspects,in line with theoverall urban planning,provide the building implementation plan.The architectural design is mainly based on the principles ofstructural safety,applicability and reliability.At the same time,the construction plan and construction drawings of this project aredesigned according to the design ideas and concepts of the office building.As to the structural design,we select a frame withtypical characteristics for internal force analysis and calculation,use D-value method to calculate horizontal wind load and seismicload,and use moment quadratic distribution method to analyze and calculate vertical load.Then,we carry out the internal forcecombination of the load,analysis and comparison to get the most unfavorable combination of internal forces,and calculate andanalyze the design of the beam,plate,pillar,foundation and the calculation of the reinforcement according to the load values.Keywords:frame structure;earthquake resistance;internal force calculation;internal force combination;structural reinforcementdesign*通信作者：任建红（1980-），女，工学硕士，讲师。研究方向为工程项目管理。DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.06.029124-设计创新科技创新与应用Technology Innovation and Application2023年6期中，必须对其平面结构进行分析，而其平面设计中又涉及使用部门与交通部门。首先要明确柱间距，并按照各房的设计要求，通过外墙间隔、地板跨等因素来决定。然后，将建筑平面加以整合。在交通规划设计上，根据建筑消防安全的需要，在建筑中部设置两级楼梯。1.2建筑立面设计采用符合其功能需求的外在形态，并运用恰当的建筑艺术手法，以突出其个性特点，从而使其更加鲜明、突出。建筑外观设计是一种建筑的外观造型的表现方式。在平面上，沿着水平方向上的各种尺寸和剖面的垂直尺度，画出 4 个不同方向的建筑物立面，并调整、统一、加工平面，使之成为一个美观的整体。在立面设计中，通常先确定建筑内部空间的平面与剖面的关系，画出各种立面的基本轮廓，进而对整个立面进行进一步的调整。在设计时，应充分考虑各部分的整体比例，兼顾各立面的一致性，并注意相邻立面的连接和协调；其次，着重于建筑外墙的改造；在此基础上，着重对入口门廊、建筑装饰等进行细致的设计。1）功能需求不同的建筑，其内部空间结构的组合特征也各不相同，因此，其外部形象也要与之对应。2）建筑的内部空间结构和外部形体的构造必须以某种形式和技术的方式来完成，因此，建筑立面的设计必须与所使用的材料、结构和施工工艺相适应。3）立面的设计应符合建筑形态与立面结构的规律性，如比例尺度、完整均衡、变化统一等。4）按照建筑物的用途、面积，严格按照国家有关建筑规范和相关的经济指标，以最小的投入，建造简洁明快、朴素大方的建筑物，同时又能达到一定的使用条件。1.3建筑剖面设计建筑剖面设计通常是依据建筑的功能性、规模性和周围的环境条件来决定建筑的竖向布置、层数、高度及竖向的空间分布和使用情况，以及建筑剖面中的结构和构造关系2。建筑截面的外形与建筑的功能需求密切相关，住宅、宿舍、旅馆和办公楼等建筑的截面形状以矩形为主。剖面设计以平面设计为依据。在剖面设计时，进一步确定建筑的空间组成，同时，还对建筑的平面进行了进一步的设计，以达到合理的空间布局。在进行截面设计时，应先确定层高，同时考虑到建筑物的纵向交通连接部位，例如：楼梯的形式、台阶和踏步等的高度、电梯的布置及数目等。1.4装饰外墙是建筑外观的重要组成部分，其对建筑的视觉效果有很大的影响。所以，外墙的装修一般要根据建筑自身的使用需求和周边环境来选择，一般采用耐老化、耐光照、耐风化、防水、防腐和抗空气污染的外墙面饰。1.5抗震设计在抗震设防等级、烈度、结构类型和建筑高度等方面，需要采取不同的设防标准，以实现其抗震目的3。以抗震设防的强度作为地震设防依据。通常，抗震设防的基础是抗震设防的强度。防震设施的强度根据政府批准或公布的区域防震设施标准的文件确定。抗震设计是建筑设计原理重中之重，其工作原理受地质环境条件的影响很大。地震工作原理与地质、环境等因素密切相关。在建筑施工中，由于混凝土柱的受力比较大，尤其是在某些压力作用下，难以形成恒定性和延性，从而产生实际的变形。为保证承压构件的可塑性，在进行结构设计时，应采取“强极弱”的设计策略4。另外，在设计时，应尽量合理确定转弯区域的高度与顶梁和底梁的比值，并通过调整不同内力的密切程度，从而达到改善混凝土的效果。2结构设计2.1框架结构布置框架结构的平面布局是指在结构平面图中确定柱子的位置和承载力的方法。框架结构的柱-网布局要考虑到建筑物的功能需求，考虑到力的合理性，便于施工和经济上的合理性。在不一致的情况下，梁柱核心部位的受力和结构会产生不良的影响，梁柱的偏心距离不能超过柱宽度的 1/4。对于具有复杂平面形态的抗震裂缝，宜将其分为规则简单的单元，伸缩缝、沉降缝等均满足抗震设计的要求5。在垂直方向上，框架结构的垂直布置要尽量做到均一、尽量减少变动，这样才能保证结构的刚性在垂直方向上保持一致。在垂直方向有不同要求的情况下，应尽可能地保证其变化的均匀性，以防止因竖向刚度的突变而引起的应力集中。在抗震设计中，梁、柱应尽量保证结构的整体高度，而不应采用抽柱、抽梁等措施，以改变传递路径；不能在同一楼层内改变柱的横断面；在同一结构单元时，要注意由错层引起的短柱；屋顶部分伸出的塔楼不应位于房屋的最后面。在水平方向上，框架结构的平面柱网应具有同样的尺寸，当柱子截面125-2023年6期设计创新科技创新与应用Technology Innovation and Application发生改变时，应尽量保持其轴线不变，或者只有极小的偏心。在框架结构的抗震设计中，不能采用局部砌块墙体的混合结构。框架结构的填充墙及隔断应选择轻型墙体，如采用砌块填充墙，应遵循下列原则：避免引起上部、下部刚性的过度改变；减少因横向刚度偏移而产生的扭转。2.2框架内力计算分析目前，人们在计算建筑框架结构时，通常使用PKPM、CAD 等计算机软件。在竖向荷载影响下，不考虑对结构的侧向位移的影响，采用了分层法和二次分配法。在水平荷载下，常使用人工计算，一般使用 D 值法计算。分层法是以每一级的下梁上柱作为基础的计算单位，末端部均按固端来计价。首先，估算了梁端在竖直载荷作用下的最大梁端的固端弯矩，各单位中的一次最大弯矩仅在该单位中进行，而上下单元之间是没有发生位移的。在弯矩分布完毕后，将梁的平衡弯矩视为梁端的弯矩，并根据相邻单元的弯矩和进行计算6。弯矩二次分