框架结构在建筑结构设计中的应用探究

中图分类号：TU208文献标识码：A

引言

我国在建筑工程框架结构施工领域积累了丰富的实践经验，其发展历程清晰体现了材料与技术迭代对行业的推动作用。 从发展阶段来看，早期框架结构在我国民用建筑中以钢筋混凝土为主导。这一选择既与当时的工程技术条件、材料供应情况相适配，也因为钢筋混凝土兼具较好的抗压性能与成本优势，能满足多数建筑的承载力和基本抗震需求，为当时建筑的稳定性提供了基础保障。随着材料科学与施工技术的进步，钢结构在框架结构中的应用逐渐广泛——凭借高强度、轻质、抗震性能优异等特点，它在大跨度建筑、高层建筑中展现出显著优势。同时，预应力混凝土技术的成熟与应用，进一步丰富了框架结构的类型：通过对混凝土施加预应力，有效改善了其抗拉性能，拓展了结构设计的灵活性，提升了整体承载效率与耐久性。这些材料的创新应用与技术突破，不仅提高了建筑工程的质量稳定性，更推动了建筑行业向多元化、高效化方向发展，为现代建筑的创新设计与安全建造奠定了坚实基础。

1 建筑框架结构的主要特点

多层民用建筑框架结构在空间布局上具有高度灵活性，现场施工便捷性突出，但其核心局限在于水平抗侧刚度偏弱——随着建筑层数的增加，结构侧向位移将显著增幅，易导致非结构构件产生破损。从构造特征来看，该体系以承重体系与围护体系的分离为核心：传统意义上的承重墙不再承担主体竖向荷载，转而以隔墙、围护墙等非承重构件形式存在，此类构件的材料选型及构造设计的灵活性显著提升，为建筑功能与形态的多样化提供了基础。

其核心特性可系统概括为：其一，在确保结构安全及使用功能的基础上，通过承重与围护体系的分离实现材料的精准适配，降低建材冗余消耗，契合绿色建筑及可持续发展理念；其二，结构延性优良，可通过合理的塑性变形机制耗散地震能量，能有效适应荷载变异性及侧向位移需求，增强结构抗震安全性及整体稳定性；其三，依托分离式构造特征，突破传统承重墙对空间布局的刚性限制，能够灵活适配多元化功能场景需求，同时为建筑设计的标准化、施工的规模化提供了基础支撑；其四，相较于其他结构体系，其施工流程具有更高效率，可满足结构整体刚度及整体性指标要求，但对混凝土材料的力学性能指标、构件浇筑的成型精度及节点施工工艺的质量控制要求更为严苛。

2 框架结构在建筑结构设计中的应用要点

2.1 框架结构体系的合理布置

框架结构在大空间公共建筑中应用广泛，它可大幅提高空间利用率，具备出色的环境适应力与灵活布局优势。在对此类框架结构进行设计时，要对其中涉及到的各类因素做到综合考虑，并采取科学合理的方法和技术措施进行设计，使其整体框架结构的稳定性、安全性及其经济性得以良好保障。

为达到这一目标，要遵循以下几方面的设计原则：1）整体框架结构的平面布局应足够规整、简洁，其布局方式应尽量设计为对称型，机构中心和结构刚心应尽量保持重叠，使其抗震性能得以良好改善；2）此类框架结构竖向布局中心应适当降低，并尽量布置为对称形式，使其受力效果更好；3）为防止此类建筑发生不均匀沉降或混凝土结构产生收缩裂缝，应结合实际情况，在适当位置做好变形缝设置；4）为使此类建筑结构在地震作用下保持安全，应结合实际情况做好其框架结构的防震缝设计，防震缝宽度应控制在 70mm 及以上，使其在地震作用下保持安全稳定。

2.2 框架结构的合理设计

在大空间建筑工程框架结构设计中，需以系统性思维统筹结构安全、稳定性、施工可行性及经济性等核心要素，同步强化抗震性能优化：通过合理设置抗震缝、精细化设计构件配筋等构造措施提升整体抗震延性；材料选择上优先采用力学性能适配且经济性优良的建材，施工中引入先进技术与装备以提质增效；平面布局结合功能需求简化结构体型、减少异形构件与复杂节点，既便于现场安装又增强结构整体性，为工程质量与服役寿命提供基础保障。

“强节点弱构件”与“强柱弱梁”是框架结构设计的两大核心原则，贯穿于整个框架体系的设计逻辑中：

1）强节点弱构件原则

要求框架结构中节点的承载力高于相连梁、柱等构件的承载力，确保地震等动力荷载作用下，梁、柱可有序出现塑性铰以耗散能量，而节点始终保持弹性工作状态，避免因节点先于构件破坏导致力流传递中断。为此，节点区需优化纵筋锚固构造（如采用机械锚固、保证锚固长度）、合理排布钢筋以提升抗剪与抗弯承载力，使节点成为结构中的“强点”，支撑构件实现预期受力性能。

2）强柱弱梁原则

强调框架柱的承载力需高于相连梁的承载力，优先引导梁端形成塑性铰以耗散地震能量，避免柱端先于梁端屈服（尤其防止柱全截面屈服），防止结构因柱失效引发整体倒塌。设计中需通过调整梁、柱配筋比例（如控制梁端弯矩设计值、强化柱端箍筋约束）、确保柱混凝土强度等级适配（节点区混凝土强度不低于柱强度）等方式，保障柱作为竖向承重与抗侧力核心的稳定性，使“强柱弱梁”成为框架抵抗地震作用的关键机制。

框架设计需严格遵循上述原则，通过精细化构造实现节点与构件、柱与梁的承载力匹配，最终保障框架结构的整体受力安全。

2.3 对于异形柱的应用设计

异形柱作为一种区别于传统矩形截面柱的特殊结构构件，其核心特征体现为空间适配性更好、功能定制化程度较高，能够更好地响应建筑空间布局功能需求个性化及形态美学多元化的设计诉求。

在常规框架结构中，柱体多采用矩形截面，由于截面厚度与墙体厚度存在显著差异，易形成大量外露的梁柱棱角（即“凸角”），不仅占用室内有效空间，还会限制建筑平面布局的灵活性，对住宅类建筑的室内功能划分造成不利影响。而通过合理采用异形截面柱并与墙体进行协同设计，可实现柱体与墙体的有机融合——既能满足结构承载力、刚度及延性等核心性能要求，又能消除传统矩形柱的外露棱角，有效提升室内空间利用率，兼顾建筑使用功能与形态美学的双重需求。在工程设计实践中，异形柱的选型与参数设计需以结构安全性为前提，重点验算其在竖向荷载与水平荷载（如地震作用）下的承载力、抗剪性能及刚度匹配性，确保其力学性能满足规范要求。我国建筑工程中常用的异形柱截面形式主要为十字形、L 形及 T 形，按肢长差异可分为等肢异形柱与不等肢异形柱，设计时需结合建筑平面布局、墙体布置及结构受力特点合理选用，实现结构性能与建筑功能的最优匹配。

结束语

综上：框架结构是现代建筑中应用广泛的体系，其设计始终是工程重点。需以项目基础信息、技术参数为依据，明确设计目标与性能要求，结合建筑现场条件制定针对性方案，确保结构承载力、抗震延性等核心性能达标，保障安全稳定并降低全生命周期运维成本，助力提升设计质量与行业发展。

参考文献

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