多层框架结构设计论文

浅谈多层框架结构设计
【摘要】本文主要说明了框架结构的特点和适用范围，对多层框架结构的布置原则及方法、框架设计中的梁柱截面、配筋率和梁裂缝宽度的调整等问题进行了分析。

【关键词】框架结构；配筋率；设计
0.概述
框架结构是由横梁和立柱组成的杆件体系，节点全部或大部分为刚性连接。

框架结构是最常见的竖向承重结构，具有以下优点：（1）结构轻巧，便于布置；（2）整体性比砖混结构和内框架承重结构好；（3）可形成大的使用空间；（4）施工较方便；（5）较为经济。

框架结构特别适合于在办公楼、教学楼、公共性与商业性建筑、图书馆、轻工业厂房、公寓以及住宅类建筑中采用。

但是，由于框架结构构件的截面尺寸一般都比较小，它们的抗侧移刚度较弱，为了不使框架结构构件的截面尺寸过大和截面内钢筋配置过密，框架结构一般只用于不超过20层的建筑中。

1.结构布置方法
1.1结构布置的一般原则
结构布置在建筑的平、立、剖面和结构的形式确定以后进行。

对于建筑剖面不复杂的结构，只需进行结构平面布置；对于建筑剖面复杂的结构，除应进行结构平面布置外，还须进行结构的竖向布置。

进行结构布置是，应满足一下的一般原则：
1.1.1满足使用的要求，并尽可能地与建筑的平、立、剖面划分相一致。

1.1.2满足人防、消防要求，使水、电、暖各专业的布置能有效地进行。

1.1.3结构应尽可能简单、规则、均匀、对称，构件类型少。

1.1.4妥善地处理温度、地基不均匀沉降以及地震等因素对建筑的影响。

1.1.5施工简便。

1.1.6经济合理。

结构选型和结构布置在结构设计中起着至关重要的作用。

结构选型好，布置合理，不但使用方便，而且受力好，施工简便，造价也低，反之，则情况相反。

因此，要根据上述原则进行多个结构布置方案的比较，反复推敲，选择一个比较合理的结构布置方案。

1.2结构布置方法
框架结构有横向承重布置、纵向承重布置和双向承重布置三种常用的结构布置方法。

房屋平面一般横向尺寸较短，纵向尺寸较长，横向刚度比纵向刚度弱。

将框架结构横向布置时，可以在一定程度上改善房屋横向与纵向刚度相差较大的缺点，而且由于连系梁的截面高度一般比主梁小，窗户尺寸可以设计得大一些，室内采光、通风较好。

因此，在多层框架结构中，常采用这种结构布置形式。

框架结构纵向承重方案中，楼面荷载由纵向梁传至柱子，横梁
高度一般较小，室内净高较大，而且便于关系沿纵向穿行。

此外，当地基沿房屋纵向不够均匀时，纵向框架可在一定程度上调整这种不均匀性。

纵向框架承重方案的最大缺点是房屋的横向抗侧移刚度小，因而工程中很少采用这种结构布置形式。

框架结构双向承重方案因在纵横两个方向中都布置有框架，因此整体性和受力性能都很好。

特别适合对房屋结构整体性要求较高和楼面荷载较大的情况下采用。

1.3截面尺寸的估算
梁、柱的截面尺寸的选择是框架结构设计的前提，除应满足规范《混凝土结构设计规范gb50010-2002》所要求的取值范围，还应注意尽可能使柱的线刚度与梁的线刚度的比值大于1，以达到在罕遇地震作用下，梁端形成塑性铰时，柱端处于非弹性工作状态而没有屈服，节点仍处于弹性工作阶段的目的。

即规范所要求的“强柱弱梁强节点”。

1.3.1框架梁
框架梁的截面尺寸应该根据承受竖向荷载的大小、梁的跨度、框梁的间距、是否考虑抗震设防要求以及选用的混凝土材料强度等诸多因素综合考虑确定。

一般情况下，框架梁的截面尺寸可按下列公式估算：
h=(1/8~1/18)l0
b=(1/2~1/4)h
式中 l0——梁的跨度；
h——梁的截面高度；
b——梁的截面宽度。

梁净跨与截面高度之比不宜小于4，梁的截面狂刀不宜小于200mm。

1.3.2框架柱
框架柱截面一般都采用矩形或方形截面，在多层建筑中，框架柱的截面尺寸可按下列公式估算：
bc=(1/12~1/18)hi
hc=(1~2)bc
式中：hi——第i层层高；
bc——柱截面宽度；
hc——柱截面高度；
2.梁、柱的适宜配筋率
框架梁的配筋在设计中应掌握“适中”的原则，一般情况下其配筋率宜取0.4%～1.5%框架柱的全部纵向受力钢筋的配筋率宜取1%～3%。

另外当梁端的纵向受拉钢筋最小配筋率大于2%时，其箍筋的最小直径应增大2mm。

但是无论在何种情况下，均应满足规范《混凝土结构设计规范gb50010-2002》所规定的最大、最小配筋率的要求。

另外框架梁的纵向受拉钢筋配筋率，应注意规范《混凝土结构设计规范gb50010-2002》与规范《混凝土结构设计规范gbj-89》中的区别。

规范《混凝土结构设计规范gbj-89》中梁的纵向受拉钢
筋最小配筋率只和框架的抗震等级有关，而在规范《混凝土结构设计规范gb50010-2002》中梁的最小配筋率除和框架的抗震等级有关外，还和混凝土的轴心抗拉强度设计值与钢筋的抗拉强度设计值的比值有关，所以在设计中应依据规范来确定梁的最小配筋。

3.框架柱配筋的调整
框架柱的配筋率一般都很低，有时电算结果为构造配筋，但是实际工程中均不会按此配筋。

因为在地震作用下的框架柱，尤其是角柱，所受的扭转剪力最大，同时又受双向弯矩作用，而横梁的约束又较小，工作状态下又处于双向偏心受压状态，所以其震害重于内柱，对于质量分布不均匀的框架尤为明显。

因此应选择最不利的方向进行框架计算，另外也可分别从纵、横两个方向计算后比较同一侧面的配筋，取其较大值，并采用对称配筋的原则。

为了满足框架柱在多种内力组合作用下其强度要求，在配筋计算时应注意以下问题:
（1）角柱、边柱及抗震墙端柱在地震作用组合下会产生偏心受拉时，其柱内纵筋总截面面积应比计算值增大25%。

（2）框架柱的配筋可放大1.2～1.6倍，其中角柱1.4倍，边柱1.3倍，中柱1.2倍。

（3）框架柱的箍筋形式应选用菱形或井字形，以增强箍筋对混凝土的约束。

（4）对于二、三级框架的底层柱底和底部加强部位纵筋宜采用焊接，且当柱纵向钢筋的总配筋率超过3%时，箍筋的直径不应小于
φ8，并应焊接。

另外多层框架电算时常不考虑温度应力和基础的不均匀沉降，当多层框架水平尺寸和垂直尺寸较大以及地基软弱土层较厚或地基土质不均匀时，可以适当放大框架柱的配筋，且宜在纵、横两个方向设置基础梁，其配筋不宜按构造设置，应按框架梁进行设计，并按规范《混凝土结构设计规范gb50010-2002》要求设置箍筋加密区。

4.框架梁裂缝宽度、斜截面配筋调整
在满足梁柱的截面尺寸和配筋率的情况下，仍需在计算配筋后进行梁的裂缝宽度的验算和满足梁端斜截面“强剪弱弯”条件下的梁端配筋调整。

4.1影响裂缝宽度的因素和调整的办法
框架梁的裂缝宽度验算往往被工程设计人员忽视，对此应引起我们的注意。

影响裂缝宽度的主要因素有两方面，一是构件的混凝土强度等级，二是钢筋的级别和直径。

由于混凝土等级与钢筋的级别有一定的“依赖关系”，因此对于普通的混凝土构件，混凝土的高等级对减小梁的裂缝宽度影响不大，一般情况下宜采用加大梁的配筋率或增大梁的截面尺寸的方法来减小梁的裂缝宽度。

另外需注意在利用计算机辅助软件进行结构建模中的荷载输入时，一定要将恒、活载数值分开输入，以便进行内力组合和裂缝宽度的计算，不要贪图省事而将恒、活载合并输入，以防止梁、柱内力计算错误，致使所绘制的施工图不能使用。

4.2梁端斜截面的配筋调整
框架结构设计中，宜满足在地震作用下框架梁的梁端斜截面受弯承载力的规范要求，即“强剪弱弯”。

在具体设计和梁配筋调整时，可采用以下方法:①不放大梁端负弯矩钢筋而加大梁的跨中受力钢筋(一般放大1.1～1.3倍)；②梁端箍筋的直径可增加2mm；③支座处尽量不设置弯起钢筋，宜利用箍筋承受支座剪力。

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