框架结构计算分析与设计说明

框架结构计算分析与设计

一、结构布置

框架结构布置主要是确定柱在平面上的排列方式（柱网布置）和选择结构承重方案，这些均必须满足建筑平面及使用要求，同时也须使结构受力合理，施工简单。

1、柱网和层高

工业建筑柱网尺寸和层高根据生产工艺要求确定。常用的柱网有内廊式和等跨式两种。内廊式的边跨跨度一般为6~8m，中间跨跨度为2~4m。等跨式的跨度一般为6~12m。柱距通常为6m，层高为3.6m~5.4m。

民用建筑柱网和层高根据建筑使用功能确定。目前，住宅、宾馆和办公楼柱网可划分为小柱网和大柱网两类。小柱网指一个开间为一个柱距，柱距一般为3.3m，3.6m，4.0m 等；大柱网指两个开间为一个柱距，柱距通常为6.0m，6.6m，7.2m，7.5m 等。常用的跨度（房屋进深）有：4.8m，5.4m，6.0m，6.6m，7.2m，7.5m 等。

办公楼常采用三跨内廊式、两跨不等跨或多跨等跨框架，如图

2.1.1(a),(b),(c)。采用不等跨时，大跨内宜布置一道纵梁，以承托走道纵墙。

近年来，由于建筑体型的多样化，出现了一些非矩形的平面形状，如图2.1.1(d),(e),(f)所示。这使柱网布置更复杂一些。

二、框架结构的承重方案

1、横向框架承重。主梁沿房屋横向布置，板和连系梁沿房屋纵向布置。由于竖向荷载主要由横向框架承受，横梁截面高度较大，因而有利于增加房屋的横向刚度。这种承重方案在实际结构中应用较多。

2、纵向框架承重。主梁沿房屋纵向布置，板和连系梁沿房屋横向布置[图5.1.2(b)]。这种方案对于地基较差的狭长房屋较为有利，且因横向只设置截面高度较小的连系梁，有利于楼层净高的有效利用。但房屋横向刚度较差，实际结构中应用较少。

3、纵、横向框架承重。房屋的纵、横向都布置承重框架，楼盖常采用现浇双向板或井字梁楼盖。当柱网平面为正方形或接近正方形、或当楼盖上有较大活荷载时，多采用这种承重方案。

以上是将框架结构视为竖向承重结构（vertical load-resisting structure）来讨论其承重方案的。框架结构同时也是抗侧力结构（lateral load-resisting structure），它可能承受纵、横两个方向的水平荷载（如风荷载和水平地震作用），这就要求纵、横两个方向的框架均应具有一定的侧向刚度和水平承载力。因此，《高层规程》规定，框架结构应设计成双向梁柱抗侧力体系，主体结构除个别部位外，不应

采用铰接。

在框架结构布置中，梁、柱轴线宜重合。当不能重合时，在计算中应考虑偏心对梁柱节点核心区受力和构造的不利影响。

梁柱中心线之间的偏心距，9度抗震设计时不应大于柱截面在该方向宽度的1/4；非抗震设计和6~8度抗震设计时不宜大于柱截面在该方向宽度的1/4。

如偏心距大于该方向柱宽的1/4 时，可增设梁的水平加腋（下图所示）。试验表明，此法能明显改善梁柱节点承受反复荷载的性能。梁水平加腋厚度可取梁截面高度，其水平尺寸宜满足下列要求：

b x / l x≤ 1/2 ，b x / b b≤ 2/3 ，b b + b x + x ≥b c/2

梁采用水平加腋时，框架节点有效宽度j b 宜符合下式要求： 1）当0=x

时，j b 按下式计算：

x b j b b b +≤

2）当0≠x

时，j b 取下两式中较大值：

x b b b x b j ++≤ x b b b j 2+≤

并满足c b j h b b 5.0+≤。

不与框架柱相连的次梁，可按非抗震要求进行设计。

三、框架结构的计算简图

在框架结构设计中，应首先确定构件截面尺寸及结构计算简图，然后进行荷载计算及结构内力和侧移分析。

1、梁、柱截面尺寸

框架梁、柱截面尺寸应根据承载力、刚度及延性等要求确定。初步设计时，通常由经验或估算先选定截面尺寸，以后进行承载力、变形等验算，检查所选尺寸是否合适。

（1）梁截面尺寸

框架结构中框架梁的截面高度h b可根据梁的计算跨度l b、活荷载大小等，按h b = (1/18~1/10)l b确定。为了防止梁发生剪切脆性破坏，h b 不宜大于1/4 梁净跨。主梁截面宽度可取b b = (1/3~1/2)h b，且不宜小于200mm。为了保证梁的侧向稳定性，梁截面的高宽比（h b/b b）不宜大于4。为了降低楼层高度，可将梁设计成宽度较大而高度较小的扁梁，扁梁的截面高度可按 (1/18~1/15)l b估算。扁梁的截面宽度b（肋宽）与其高度h的比值b/h不宜超过3。设计中，如果梁上作用的荷载较大，可选择较大的高跨比h b/l b。当梁高较小或采用扁梁时，除应验算其承载力和受剪截面要求外，尚应验算竖向荷载作用下梁的挠度和裂缝宽度，以满足其正常使用要求。在挠度计算时，对现浇梁板结构，宜考虑梁受压翼缘的有利影响，并可将梁的合理起拱值从其计算所得挠度中扣除。

当梁跨度较大时，为了节省材料和有利于建筑空间，可将梁设计成加腋形式

（2）柱截面尺寸

柱截面尺寸可直接凭经验确定，也可先根据其所受轴力按轴心受压构件估算，再乘以适当的放大系数以考虑弯矩的影响。即

式中，A c为柱截面面积；N为柱所承受的轴向压力设计值；N v为根据柱支承的楼面面积计算由重力荷载产生的轴向力值；1.25 为重力荷载的荷载分项系数平均值；重力荷载标准值可根据实际荷载取值，也可近似按（12~14）kN/m2计算；f c为混凝土轴心抗压强度设计值。

框架柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm，圆柱截面直经不宜小于350mm，柱截面高宽比不宜大于3。为避免柱产生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4，或柱的剪跨比宜大于2。

（3）梁的惯性矩

在结构内力与位移计算中，与梁一起现浇的楼板可作为框架梁的翼缘，每一侧翼缘的有效宽度可取至板厚的6 倍；装配整体式楼面视其整体性可取等于或小于6 倍；无现浇面层的装配式楼面，楼板的作用不予考虑。

设计中，为简化计算，也可按下式近似确定梁截面惯性矩I：