框架结构设计经验探讨

框架结构设计经验探讨

摘要：本文主要通过结构设计实践，就简化优化现浇框架结构应重视的环节进行剖析。

关键词：框架结构设计；轴压比；常见问题；地质勘察；结构安全

中图分类号：tu318文献标识码： a 文章编号：

1 科学合理的结构平面布置

框架结构布置首先是确定柱网。柱网即柱的排列方式，它必须满足建筑平面及使用要求，同时也要使结构合理。从结构上看，柱网应规则、整齐，且每个楼层的柱网尺寸应相同，要能形成由板-次梁一框架梁一框架柱一基础组成的传力体系，且使之直接而明确(有时可以不设次梁)。例如在需要中间走道的建筑中，柱网布置可如图24-1(a)，在需要较大空间时，柱网布置可如图24-1(b)，柱的间距以3-8m较为合理，特殊需要时可再缩小或扩大。

2 合理的梁、柱截面尺寸

框架梁、柱的截面尺寸，通常是在初步设计时由估算或经验选定截面尺寸，然后通过承载力及变形验算最后确定。梁截面尺寸主要是要满足竖向荷载下的刚度要求。主要承重框架梁按“主梁”估算截面，一般取梁高hb为(1/18-1/10)lb，lb为主梁计算跨度，同时hb也不宜大于净跨的1/4；主梁截面宽度bb不宜小于hb/4。非主要承重框架的梁可按“次梁”要求选择截面尺寸，一般取梁高hb

为(1/20-1/12)lb。当满足上述要求时一般可不验算挠度。

柱截面尺寸可根据柱子可能承受的竖向荷载估算。在初步设计时，一般根据柱支承的楼板面积及填充墙数量，由单位楼板面积重量(包括自重及使用荷载)及填充墙材料重量计算一根柱的最大竖向轴力设计值nv，在考虑水平荷载的影响后，由下式估算柱子截面面积ac。

在非抗震设计时

在抗震设计时

根据长期经验，框架柱截面不能太小，非抗震设计时，矩形柱截面边长hc不小于250mm，抗震设计时hc不小于300mm，圆柱截面直径不小于350mm，而且柱净高与截面长边hc之比宜大于4。

3 选择合理、便于计算的框架计算简图

3.1 多层框架结构实际上由纵、横框架组成的空间结构，为了简化计算，常忽略纵、横向空间联系，忽略各构件的抗扭作用，分别按纵向和横向平面框架进行计算。

3.2 横向中间各榀框架，由于间距和各自抗侧刚度相同，作用的各荷载相同，常取一榀横向框架作为计算单元。但有差异时，应分别计算。

3.3 纵向框架因作用荷载不同，应取不同框架计算。当采用横向承重，纵向柱多时，抗侧刚度大，可不计算，按构造设计。

3.4 作用于各计算单元上的荷载按该单元的负载面积计算。

框架的计算简图的简化：

计算简图是结构的力学抽象，它既要反映结构的真实受力状态，同时又要便于内力分析，在保证必要计算精度的前提下，对计算简图作适当的简化。

3.4.1 计算前，初步确定截面形状和尺寸。

梁截面形状有矩形、t形、γ形等，尺寸：主梁（1/10-1/12）l，次梁（1/12-1/15）l；矩形梁宽（1/2-1/3）h。

柱截面形状常采用矩形、方形、圆形，尺寸：取层高的1/15-1/20。

3.4.2 跨度与层高：梁跨度取柱子轴线距离，当上下层柱截面尺寸变化时，一般取最小柱截面形心线作为柱的轴线；层高取建筑层高，底层取基础顶至二层楼板顶面。

3.4.3 节点简化：现浇钢筋混凝土节点常简化为刚性节点。

3.4.4 框架构件的抗弯刚度ei：框架结构的内力和侧移计算前必须先计算梁、柱截面惯性矩，但应考虑楼板的影响。梁节点附近，楼板受拉，楼板对梁的截面抗弯刚度影响较小，在梁跨中，楼板受压，影响较大，但为了方便设计，假定梁i沿轴线不变（i0为不考虑楼板影响的梁截面惯性矩）。

一般情况下，实际结构都是处于空间受力状态，水平荷载可能从任意一个方向作用在结构上。在设计结构时必须简化以便于计算。当横向、纵向的各榀框架布置较规则，它们各自的刚度和荷载分布都比较均匀时，可以将结构简化成平面框架进行内力及位移分

析：

4 合理的内力控制截面运用

内力组合求出构件控制截面的最不利内力，用以控制截面。梁控制截面通常是梁端及跨中截面，柱控制截面在柱上端及下端。

在按照平面假设进行计算的结构中，分别按两个主轴方向(或与平面结构相平行的方向)计算竖向荷载及水平荷载作用下的内力，并分别组合。应重点注意：1．活荷载不利布置 2．无地震组合及地震组合 3．竖向荷载作用下框架梁内力塑性调幅 4．风荷载及地震作用下内力。

5 地震作用下延性框架设计

通过大量震害调查、试验和理论分析，实现延性框架设计的要点如下：

(1)强柱弱梁框架；(2)强剪弱弯构件；(3)强节点、强锚固。

在延性框架中，首先要保证实现强柱弱梁，同时还要防止脆性的剪切破坏，还要避免几乎没有延性的小偏压破坏。柱截面抗弯配筋需要量，还要满足最小配筋率要求。非抗震设计时，纵向钢筋单边配筋率不应小于0.2％；抗震设计时，全部纵向钢筋配筋率不应小于下表，同时还应满足单边配筋率不小于0.2％的要求。

非抗震设计时，框架柱纵向钢筋间距不大于350mm，抗震设计时间距不宜大于200mm。为保证混凝土浇注质量，在任何情况下纵筋净距均不应小于50mm。

6 轴压比控制及配箍

轴压比是影响钢筋混凝土柱破坏状态和延性的另一个重要参数。在压弯构件中，轴压比加大意味着截面上名义压区高度x增大。当压区高度加大时，压弯构件会从大偏压破坏状态向小偏压破坏状态过渡，小偏压破坏的柱构件延性很小或者没有延性。在短柱中，轴压比较大时，柱会从剪压破坏变成脆性的剪拉破坏。因此，在抗震设计中，希望延性框架中柱子的轴压比较小，最大不能超过下表所给的限制值，主要措施是加大柱断面及提高混凝土等级。

在体积配箍率相等的情况下，箍筋形式不同，对混凝土核心的约束作用也不相同。目前常用的箍筋形式见上图。其中普通矩形箍的约束效果较差，复式箍和螺旋箍的效果较好，连续复合螺旋箍是指全部箍筋由一根钢筋连续缠绕而成，其约束效果最好。连续复合螺旋箍与螺旋箍约束作用很好，但加工复杂，一般很少采用。在高轴压比下，复式箍是较好的箍筋形式，在抗震结构中应用日益增多。在复式箍中，要求箍筋的无支长度(或称肢距)不大于200mm(一级抗震)，250mm(二、三级抗震)，300mm（四级抗震)纵筋至少每隔一根置于箍筋拐点，而纵筋间距不宜大于200mm。为了浇灌混凝土方便，纵筋间距也不宜小于50mm。复式箍中如采用拉筋，则拉筋必须同时勾住主筋及箍筋。

参考文献

[1]林同炎，s.d.思多台斯伯利，结构概念和体系.