钢筋混凝土框架结构设计

钢筋混凝土框架结构设计

作者：张帆

来源：《消费导刊》2015年第06期

摘要：框架结构体系的特点为：1.建筑平面布置灵活，使用空间大；2.延性较好；3.整体侧向刚度较小，水平力作用下侧向变形较大（呈剪切型），所以建筑高度受到限制；4.非结构构件破坏比较严重。

关键词：框架结构 钢筋混凝土 一、框架结构体系的特点

1.建筑平面布置灵活，使用空间大。 2.延性较好。

3.整体侧向刚度较小，水平力作用下侧向变形较大（呈剪切型）。所以建筑高度受到限制。

4.非结构构件破坏比较严重。

二、框架结构体系选择的因素及适用范围

1.考虑建筑功能的要求。例如多层建筑空间大、平面布置灵活时。

2.考虑建筑高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件等因素。

3.框架结构体系是介于砌体结构与框架-剪力墙结构之间的可选结构体系。框架结构设计应符合安全适用、技术先进、经济合理、方便施工的原则（结构设计原则）。

4.非抗震设计时用于多层及高层建筑。抗震设计时一般情况下框架结构多用于多层及小高层建筑（7度区以下）。

5.框架结构由于其抗侧刚度较差，因此在地震区不宜设计较高的框架结构。在7度（O.15g）设防区，对于一般民用建筑，层数不宜超过7层，总高度不宜超过28米。在8度（O.3g）设防区，层数不宜超过5层，总高度不宜超过20米。超过以上数据时虽然计算指标均满足规范要求，但是不经济。 三、结构平面、竖向布置

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1.为了保证框架结构的抗震安全，结构应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性及耗能等性能。设计中应合理地布置抗侧力构件，减少地震作用下的扭转效应；平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小（不应在同一层同时改变构件的截面尺寸和材料强度），避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。

2.框架结构宜设计成双向梁柱刚架体系以承受纵横两个方向的地震作用或风荷载。特殊情况下也可以采用一向为刚架，另一向为铰接排架的结构体系。但在铰接排架方向应设置支撑或抗震墙，以保证结构的承载力、刚度和稳定。

3.抗震设计的框架结构，不宜采用单跨框架。如果不可避免的话，可设计为框架-剪力墙结构，多层建筑也可仅在单跨方向设置剪力墙。后者框架结构部分的抗震等级应按框架结构选用，而剪力墙部分的抗震等级应按框架-剪力墙结构选用。

4.框架结构按抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重之混合形式。框架结构中的楼、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。 5.小高层结构体系采用框架结构，首先尽可能将过于狭长的结构用伸缩缝脱开。如果建筑专业不允许，可通过加大端部开间的抗侧刚度达到限制结构扭转效应的目的。具体可将边框架的角柱断面增大，加大框架梁的高度，如条件允许，中间增加框架柱，既增加框架的跨数。这些方法可以显著增加结构的抗扭刚度。 四、建筑结构的规则性

1.《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（以下简称《抗规》）第3.4.1条规定：“建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案”。应注意这条规定是强制性条文，必须不折不扣地执行。

2.当存在《抗规》表3.4.2-1、2所规定的平面或竖向不规则结构时，应符合第3.4.3条的规定。

3.平面不规则建筑划分为三类：a、扭转不规则，b、凹凸不规则；c、楼板局部不连续。 竖向不规则建筑划分为三类：a、刚度不规则（有软弱层），b、竖向抗侧力构件不连续；c、承载力非均匀变化（有薄弱层）。 五、有关概念及一些问题的处理 1.角柱

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位于建筑平面的凸角部、与柱的正交两个方向各只有一根框架梁与之相连接的框架柱。而位于建筑平面的凹角处，若柱的四边各有一根框架梁与之相连，则可不按角柱对待。 考虑到角柱承受双向地震作用，扭转效应对内力影响较大且受力复杂等，抗震设计中对其抗震措施和抗震构造措施有一些专门的要求。 2.梁的挠度、裂缝宽度较大时如何处理

当梁的挠度不满足规范要求时，可增加梁高或采用梁起拱的措施来解决。不要增加梁宽或加大纵筋。

当梁的裂缝宽度不满足规范要求时，首先在保证钢筋面积不变的情况下钢筋根数增加而直径减小，或者在钢筋相同外形情况下降低钢筋级别。 3.关于梁柱中心线不重合时的处理方法

《抗规》第6.1.5条规定“框架结构和框架-抗震墙结构中，框架和抗震墙均应双向设置，柱中线与抗震墙中线、梁中线与柱中线之间偏心距不宜大于柱宽的1/4”。

《高规》第6.1.3条“……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，可采取增设水平加腋等措施。……”。 具体做法可参照《北京市建筑设计技术细则》（结构专业）第5.3.4条处理。 4.钢筋、混凝土等级的选用

钢筋、混凝土等级的选用既要考虑满足规范基本要求，又要考虑其经济性。例如框架梁混凝土，选用C20和C40都满足规范要求。但是选用C20时比较经济。异型柱结构的柱纵筋往往只是构造要求，选用HRB335已满足要求。这种情况下如果选用HRB400则不经济，