钢筋混凝土框架结构设计浅析

［摘要］:钢筋混凝土框架结构由纵横向框架梁柱所组成，具有平面灵活布置，可获得较大的室内空间、容易满足生产和使用要求等优点，因此在工业与民用建筑中得到广泛应用。但框架结构抗侧刚度较小，属柔性结构，在强震下结构的顶点位移和层间位移较大。本文针对这一特点，对框架结构计算、设计进行详细总结。

［关键词］:钢筋混凝土；框架结构设计

Abstract: Reinforced concrete frame structure composed by the vertical and horizontal frame beam, it is a flat flexible layout; availability of a large indoor space, easy to meet the production and use requirements, and therefore it was widely used in industrial and civil. But the low stiffness of the frame structure lateral resistance is a flexible structure, vertex displacement and understory drift of structure in the strong earthquake is larger. This paper analyzes the calculation, design and conduct of the framework structure.Key words: reinforced concrete; frame structure design

中图分类号：TU375文献标识码：A文章编码：

我国现在的多高层建筑中,钢筋混凝土框架结构是常用的结构形式之一。因为其具有足够的强度,良好的延性和较强的整体性,广泛用于地震设防地区。目前常用于钢筋混凝土框架结构的商用计算软件有：PKPM、SATWE、TAT、TBSA、ETABS、SAP等，各商用计算软件在计算模型、计算简图和计算结果均略有差别。在计算机和计算软件广泛应用的条件下，除了根据工程具体情况要选择使用可靠的计算软件外，还应对软件的计算结构从力学概念和工程经验等方面加以必要的分析判断，确认其合理性和可靠性，以保证结构安全。

1框架结构注意问题

1.1框架结构方案的初步确定

1）简明的结构受力和传力。框架结构关系越简单，传力越清晰。在荷载作用下，结构通过板梁柱流程传力，传力结构清晰有利于经济利用建筑材料。

2）在民用和公共建筑的柱网平面布局中，柱网应尽量按等距（纵、横）布置，尽量减少边跨柱距，并充分利用连续梁的受

力特点减少结构中的弯距。

3）结构方案应结合建筑功能、工程地质情况等要求综合考虑。

1.2概念设计上着重注意的问题

柱是框架中最主要的承重构件，它是压弯、剪构件变形能力不如以弯曲作用为主的梁。要使框架结构具有较好的抗震性能，应该确保柱有足够的承载力和必要的延性。为此应遵循以下设计原则：

1）强柱弱梁措施。“强柱弱梁”是为了实现在强震作用下框架仍有承受竖向荷载的能力而免于倒塌，要求实现梁铰机制，即塑性铰首先在梁上形成，因为梁破坏属于构件破坏，是局部性的，柱子破坏将危及整个结构的安全---可能会整体倒塌，后果严重。要保证柱子更“相对”安全故要“强柱弱梁”。

2）强剪弱弯措施：使钢筋混凝土构件中与正截面受弯承载能力对应的剪力低于该构件斜截面受剪承载能力的设计要求。即结构构件在发生受弯破坏前不先发生剪切破坏。“弯曲破坏”是延性破坏，是有预兆的--如开裂或下挠等，而“剪切破坏”是一种脆性的破坏，没有预兆的，舜时发生，没有防范，所以我们要避免发生剪切破坏。

3）控制柱的轴压比不要太大轴压比的定义为柱的轴向压力与理论抗压强度的比值。通俗一点说，就是柱子可能受的力大小和柱子最大能承受的力的比值。相当于安全系数的倒数。轴压比越大，越不安全，抗震能力越差。限制柱轴压比主要是为了控制柱的延性，因为轴压比越大，柱的延性就越差，在地震作用下柱的破坏呈脆性。

4）加强约束，配置必要的约束箍筋。

另外，对于框架结构，楼梯间的布置不应导致结构平面特别不规则；楼梯构件与结构整浇时，应计入楼梯构件对地震作用及其效应的影响，应进行楼梯构件的抗震承载力验算。

2框架结构设计与计算

2.1框架结构的特点

框架结构有以下的特点：1）框架只能在自身平面内抵抗侧向力，必须在两个正交的主轴方向设置框架，以抵抗各个方向的侧向力。抗震框架结构的梁柱不允许铰接，必须采用刚接，使梁端能传递弯矩，同时使结构有良好的整体性和比较大的刚度。2）梁端、边柱端多存在负弯矩，梁端仅考虑弯曲和剪切；柱端只考虑弯曲和压缩；3）框架结构选用超静定框架结构而不能采用“几何可变体系”的框架。框架结构计算时，首先要进行荷载组合，在竖向和水平荷载共同作用下，设计的控制因素是梁、柱变形所引起的侧向位移。框架结构的结构受力特点使得结构方案的选择十分重要。

2.2计算简图的确定

计算简图是计算模型及作用在结构上的荷载共同构成的。计算简图选取的正确与否是非常重要的,计算简图直接影响到计算结果的准确性。如果完全按照实际结构进行计算，必然会带来相当大的计算量，而且实践证明也没有必要。因此，就应进行计算模型简化。计算简图要反映实际结构的主要力学性能，尽可能与实际结构相吻合；根据计算手段不同，采用相应的计算简图。对于无地下室的多层框架结构,基础埋深较浅时,计算简图的确定主要是确定底层柱的计算长度。

3抗震框架结构计算前期准备

结构计算时为了得到合适的结果，除有合理的结构方案、正确的结构计算简图外还应正确确定合理的参数比如抗震等级，计算振型数和结构周期折减系数。

3.1结构的抗震等级

一般工业与民用建筑，可根据抗震设防烈度、结构类型和房屋高度按《建筑抗震设计规范》表6.1.2确定抗震等级。重点设防类、标准设防类建筑，地震作用均按本地区抗震设防烈度计算。对于重点设防类建筑，一般情况下，当抗震设防烈度为6～8度时，抗震措施应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求。

3.2计算振型个数

不论何种结构类型，应保证各地震方向的振型参与质量都超过总质量的90%作为选取足够的结构计算振型数的唯一判断条件。如果不够说明后续振型产生的地震作用效应不能忽略。如果不能保证这点，将导致地震作用偏小，按此地震作用设计的结构将存在不安全性。对于多层建筑，当不考虑扭转耦联计算时，地震力的振型组合数至少应取3，但不应多于层数；对于不规则的高层建筑结构，当考虑扭转耦联时，振型数应≥9；但不能多于房屋层数的3倍。

3.3结构周期折减系数

周期折减的目的是为了充分考虑非承重填充砖墙刚度对结构自振周期的影响。因为周期小的结构，其刚度较大，相应吸收的地震力也较大。若周期不折减则结构偏于不安全。所以ss 结构的计算周期进行折减是必要的，对于框架结构来说采用砌体填充墙时，周期折减系数可取0.6～0.7；砌体填充墙较少或采用轻质砌块时，可取0.7～0.8；完全采用轻质墙体板材时，可取0.9；只有无墙的纯框架计算周期才可以不折减。

4框架的抗震构造措施

4.1框架柱箍筋配置应满足要求

对于规范中规定的剪跨比不大于2的柱、因设置填充墙等而形成的柱净高与柱截面高度之比不大于4的柱、一级和二级框架的角柱应全长加密的要求，部分设计人员未能给予足够的重视。尤其楼梯间因平台梁原因使框架柱的净高与截面高度之小于4，这里容易被设计人员忽视。

对于规范中规定的框架柱箍筋加密区的最大间距，绝大部分设计人员都能给予足够的重视，但对于非加密区的最大间距，设计中经常被忽视。这一规定是保证延性的重要构造措施，应严格遵守。

4.2.框架梁应满足要求

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中梁的截面宽度不宜小于200mm，高宽比不宜大于4，净跨与截面高度之比不宜小于4。一般说来在各项计算指标满足规范要求的前提下，适当减小框架梁的高度不仅有利于提高房屋净高，而且还有利于强柱弱梁设计目标的实现，有利于提高框架结构的抗震性能。

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中规定“：当框架梁梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时，梁箍筋最小直径的数值应比规定的数值增大2mm。”梁的面积配箍率应满足规范要求。在目前设计中，这一规定常被忽视，造成梁端延性不足。

4.3框架节点核芯区箍筋配置应满足要求

对于规范中规定的框架柱箍筋加密区的箍筋最小体积配箍率的要求，绝大部分设计人员都能给予足够的重视，但对于《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中规定的“一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10、0.08且体积配箍率分别不宜小于0.6％、0.5％，0.4％。”设计中经常被忽视，尤其是柱轴压比不大时，常常不满足要求。这一规定是保证节点核芯区延性的重要构造措施，应严格遵守。

5结束语

钢筋混凝土框架结构虽传力途径相对简单，但设计中仍需关注很多问题，只有在理解规范的基础上，充分理解结构的概念设计，有效地利用结构计算软件，才能设计出经济适用的作品。

参考文献:

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