探讨大跨度框架结构设计问题

马俊林

（云南省城乡规划设计研究院， 云南 昆明 650000）

0 引言

随着我国现在经济的快速发展，工业建筑对于设计的要求日益提高。现如今的工业类建筑因工艺的需求，大跨度框架较多，但大跨度框架建筑本身在施工过程中难度较大，框架节点复杂、楼板局部分布不均、不具有连续性等不利问题会影响到具体的建筑施工。因此需要设计者和施工方的高度重视大跨度框架的建筑设计。现阶段部分设计者在保证大跨度框架结构安全的情况下，充分发挥材料建筑设计的材料，结合具体的结构构件的计算方式。在大跨度框架结构设计时，施加了预应力设计，形成预应力大跨度框架结构来增强大跨度框架结构的刚性和承载力。但是预应力大跨度框架结构设计中会存在压弯构件弯曲变形问题以及应力对于强度稳定性影响的问题，都是需要在设计过程中亟待解决的。因此本文结合实际案例，以某工程厂房的大跨度框架结构设计案例入手，结合大跨度框架结构设计中出现的常见问题，从工地实地的条件、抗震等级、荷载取值等角度分析建筑大跨度结构设计的优化方案，对于设计中存在不合理的问题进行及时调整，从而推动我国建筑行业更好的发展。

1 大跨度框架结构设计分析

我国目前的建筑施工过程中，常见的大跨度框架结构需要具备一定的应用标准和要求，依据建筑物的使用功能，选择不同的结构框架类型。现阶段大跨度框架结构包括转换梁结构和折梁结构。

1.1 转化梁结构

所谓的转化梁结构在实际应用过程中，通常都会在建筑的檐口高度设置一个全面系统的工作模式。在设计过程中会在量化结构，建立起有效的支撑力。这种结构通常是用斜板将应力传递给斜坡所展开的工作模式，通过斜坡传递给框架柱和结构柱。在工作过程中通过加大梁上柱荷载，可以做好对结构柱的框架设计。该方案在计算过程中通常计算简单，且在实际工作中不用考虑截面问题。需要依据具体的力学模型在一定的数学模型基础上进行计算，但转化梁结构设计过程中存在的问题在于经济性较差，需要耗费大量的成本。

1.2 折梁结构

针对建筑施工中常见的框架结构中的折梁结构，通常指的是在横向布置一个跨度较大的折梁结构，可以将折梁结构的应力直接传递给上方的屋面。但由于实际设计过程中折梁的跨度应用较大的截面，这就导致设计中存在了荷载传递较差的一种工作模式。这种模式在设计过程中缺少对于空间整体作用的考量，需要依据框架具体的结构来进行设计，还要结合具体的框架结构受力考虑到除了弯距压力之外，还有轴向压力。所以在计算的过程中，要全面的对于受力问题进行考量。

2 大跨度框架结构设计问题

当前工业类建筑中为满足生产工艺的需求，广泛应用大跨度框架结构的设计。但大跨度框架结构设计中存在施工难度大、楼板局部不连续等问题，需要采取合理的设计方案，通过对设计中存在的弊端进行分析，找出大跨度框架结构设计存在的薄弱位置，加强构造措施来增加建筑对不可预见破坏因素的抵抗力。本次设计是结合实际项目案例出发，选择某工厂的大跨度框架结构进行分析。如：某厂房是三层框架结构，拥有大型的工艺设备，部分数据之间的位置设置是 20米，属于大跨度框架设计需求。基于《建筑抗震设计规范》相关文件规定的要求显示，建筑抗震设计规范中大跨度框架指代的是跨度大于或等于18米为大跨度框架。该项目所在地的厂房建筑总高度21米，采取YJK软件建模的设计模式，依据建筑抗震设计规范的相关要求。结合厂房具体参数输入四级抗震模式，在一定参数模式下修改抗震等级为二级，该项目设计过程中存在部分结构设计的问题急需解决。

2.1 大跨度框架梁钢筋拥挤

上述案例中大跨度框架结构厂房设计过程中，二楼是大型的设备，荷载力较大，需要框架承担较大的荷载。该项目设计师的框架梁宽取为300毫米，在考虑到梁配筋需求尺寸大的情况下，设计师需要制作600毫米梁宽，具体的柱子截面尺寸为柱子截面尺寸为800mm×800mm，设计者在设计过程中，需要结合大跨度框架的需求，结合实际设计钢筋节点进行钢筋的摆布，在实际摆布过程中不能太密[1]。但该工程设计过程中制作的附件太密、近距太小，这就导致实际施工时会存在振捣问题。除此之外由于该厂房设计师对于大跨度框架设计采取的是用竖向加腋的方式，致使底部钢筋太多，无法绑扎，需要设计者根据具体的规定按照一定的标准进行设计，解决钢筋摆布太密的问题。

2.3 短柱问题

大跨度框架结构设计过程中，由于柱的净高与平行水平方向的截面高度存在小于四差距，被称为短柱。一般来说短柱在水平力的作用下会承担较大的剪力，但是大跨度框架结构设计中会容易发现脆性的剪切破坏，使得短柱的延性降低，而且抗震性减弱。因此在设计过程中需要依据具体的设计短柱要求，沿柱高进行加密。毕竟短柱受到的承载力较低，延性差的问题很容易在地震时产生脆性破坏，进而引发整体结构。

2.4 荷载大

建筑结构设计过程中厂房地面的设备荷载较大，而且还会配备相应的管道吊挂荷载和喷淋荷载，楼面荷载是保证模型设计的关键。需要设计者结合大跨度框架结构的基础设计和地基部分，充分考虑到设计的承受能力和影响承受能力等多种因素。但是往往在大跨度结构设计过程中，设计者缺少对于地基部分进行适当的加宽，同时缺少基础底面积和承受能力影响因素的考量，没有对于基础地基进行加固处理。设计者缺少结合大跨度的框架结构钢筋混凝土的。牢固性加固的考量，致使基地的附加应力较低，很难保证工厂大跨度结构设计的稳定性。

3 大跨度框架结构设计的相关建议

大跨度框架结构的楼板即使竖向的受力构件优势水平的受力构件，在实际设计过程中需要充分考虑到楼面荷载力大的问题。采取加厚楼板、双层双向配筋和加大配筋等方式进行设计，同时在设计过程中要结合大跨度框架梁钢筋拥挤、短柱和等效荷载问题进行解决。

3.1 依据工程规范合理分配大跨度框架梁钢筋

结合上述某工厂的实践案例，在大跨度框架结构的梁设计过程中需要全面掌握具体的设计文件和图纸。设计师依据“强柱弱梁”的原则在设计过程中依据文件规范和审查施工等组织设计，依据《建筑抗震设计规范》6.3.3条规定,梁端顶面和底面钢筋比值有限值要求[2]。同时要考虑到配筋问题，加强对于水平荷载的控制。因为水平荷载对于建筑结构倾覆力矩，以及竖向构件引起的轴力和建筑高度平方成正比。大跨度框架结构设计过程中风的作用力较大，屋面结构荷载会传给轴向总力。因此设计者需要加大对于顶层边柱的配筋量，同时要充分考虑到具体设计中梁配筋过密的问题。针对框架梁与外挑梁断层尺寸之间存在的差距，将框架梁的主筋向外挑梁进行延伸。在实际施工过程中，通过对于钢筋中密集问题进行区分，可以适当的进行箍筋，避免将次梁搭建在主梁支柱附近，使得大跨度框架梁钢筋结构拥挤，导致施工质量不能保证，节点抗震性不强。实际施工过程中，施工者可以充分考虑到端梁竖向加腋的方式，使梁柱的接触面积不断增大，从大跨度框架结构整体的节点核心区域增强承载力，减少箍筋用量。同时在设计时需要充分考虑到受力钢筋节点，利用塑形铰使得大跨度框架各处之间的柱端距离加大。同时在框架结构设计时，主义顶层边柱的配筋量，箍筋要尽量使用螺旋箍进行箍筋，地下方柱应使用井字箍，按照具体的设计需求进行加密，增强大跨度框架的抗震性能，实现强柱弱梁。

3.2 避免短柱问题

大跨度框架结构设计过程中由于跨度较大，所以设计时要充分考虑到联系梁以及布置短柱连接高度较大的姑娘，同时要充分考虑到部分短柱的出现，解决设计过程中短柱问题。通常情况下，在大跨度框架结构设计中，短柱的出现会使延性很差、抗震能力不良。大跨度框架设计时可以采取部分特殊的措施，如需按照柱身箍筋、柱高加密的方式，通过柱身箍筋不仅可以抵抗剪力，还可以针对核心砼起到约束作用，以此来改善抗压承载力和变形性能，能够更大程度上防止短柱中的主筋压屈。结合该工厂的大跨度框架结构设计过程中，设计人员需要严格按照规范进行箍筋的配置，增加耗能能力。在设计模型时，要充分考虑到剪力墙的荷载通常情况下设计模型不能对短柱形成的情况进行判断，所以需要设计人员结合设计经验和实际设计状况进行认真判断。同时要注重短柱的轴压比限值需要满足具体建筑工程设计的需求，在楼梯间以及墙面不砌至板底时时或有夹层的情况下，很容易形成短柱。在厂房设计过程中每层层高为7.5米，标高是4.2米就存在着短柱问题，原因在于部分夹层使得柱净高与截面柱截面比值Hn/h小于4[3]。

3.3 等效荷载

本次项目厂房设计的地面楼面设备多，因此设计者在大跨度框架结构设计过程中，需要通过进行等效荷载计算。按照内力相等的原则将复杂的荷载进行简化，在实际计算的过程中，需要结合具体的车间设备以及荷载量进行分析，选取一块楼板，按照设备不利位置以及弯曲等效原则进行计算，结合具体计算要求，计算其等效活荷载为 6KN/m2,输入相应的模型。以同样的方式进行等效荷载的计算，设计者要充分考虑到框架节点，弯矩分配的系数[4]。合理的对于梁板进行分配，解决荷载问题。如厂房自动化设备每台 1.5m×1.2m×2.0m,运行荷载3.0吨,通过计算等效荷载，减少框架梁的截面高度，同时设计过程中，需要根据楼面的荷载力进行分析和计算。

3.4 框架结构的防震设计问题

大跨度框架结构设计中最需要解决的就是防震问题，由于大跨度框架结构设计中厂房设备多荷载力大，所以防震效能较差，要做好防震准备。在结构框架设计时最好加入延性好的材料作为仿真材料的可选材料之一，可以使用钢筋混凝土作为大跨度框架结构的支撑材料。借助铝合金、玻璃材质设置为厂房楼面的墙体，同时对于楼面建筑可以采取钢板和混凝土作为材料增强建筑结构的减震效能。同时在大跨度框架结构体系设计过程中，最常见的结构体系便是剪力墙能够以此来减少承重墙之外，墙体数量。使大跨度框架结构中厂房所承受的压力和负荷量减少，促使框架结构本身的设计更具有科学性。优化设计方案，设计工作者在设计过程中可以进一步使屋面的斜梁压力降低，利用下弦拉练的方式对力进行传播途径的改变，减少配筋的应用量，使其减震效能可以更加提升。

4 结束语

综上所述，本文的研究结合实际案例，针对现如今应用最广泛的建筑结构—大跨度框架结构，实际应用中的优势和应用过程中存在的结构设计时钢筋拥挤、短柱、等效荷载等问题进行了分析。包括从建筑设计的计算和构造等方面进行了深入的调研，以实际案例为主，提出了构造控制的措施。希望借此可以使结构设计师具有清晰的概念，学会正确判断结构设计中不利部分，并开展针对性地设计，促使设计计算结果可靠和构造措施合理，设计出符合规范的建筑。