框架结构设计研究文献综述朱攀峰.docx

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框架结构设计研究文献综述朱攀峰

学校代码：

11517

学号：

************

HENANINSTITUTEOFENGINEERING

文献综述

学生姓名朱攀峰

专业班级土木1041

学号************

学院土木工程学院

指导教师（职称）赵红垒讲师

完成时间2014年2月25日

框架结构设计文献综述

摘要：

随着科学技术的日新月异，框架结构在当代建筑中得到普遍应用。

框架结构是由楼板、梁、柱及基础几种承重构件组成的，由主梁、柱与基础构成平面框架，各平面框架再由连续梁连接起来而形成的空间结构体系。

本文描述了框架结构设计中的相关内容，并从设计中的要点问题、技术问题和施工现实问题，进行了相关的分析和讨论。

关键词：

框架结构；设计内容；要点问题；技术问题；施工问题。

前言

近年来，我国建筑在结构设计工作中，逐步实现了与世界先进理念的接轨与融合，建筑结构的体系与模式也呈现出了多项发展的新形势。

建筑平面布置与竖向体形也越来越复杂，给结构设计提出更高的要求。

框架结构是由楼板、梁、柱及基础几种承重构件组成的，由主梁、柱与基础构成平面框架，各平面框架再由连续梁连接起来而形成的空间结构体系。

文献[1]认为：

在合理的高度和层数的情况下，框架结构能够提供较大的建筑空间，其平面布置比较的灵活，可适合多种工艺与使用功能的要求。

一、框架结构设计

1.1框架结构注意问题

1.1.1框架结构方案的构思

（1）简明的结构受力和传力。

框架结构关系越简单，传力结构清晰,文献[2]中认为：

良好的结构设计的重要前提，应该是合理组织与综合解决结构的传力系统、传力方式，良好的结构方案是良好结构设计的重要前提。

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。

1.1.2概念设计上着重注意的问题

（1）强柱弱梁措施。

文献[3]中认为：

强柱即使框架柱的抗弯和抗剪能力比梁的抗弯和抗剪能力强,柱子的破坏大多是因剪压复合受力所致，多发生脆性破坏，脆性破坏大多是突然发生的，而强柱弱梁，可以延缓破坏时间，给人们以躲避和加固的时间。

（2）强剪弱弯措施。

框架结构中的框架梁应注意抗剪验算和构造，使其满足相关规范要求。

文献[3]中认为:

强剪弱弯是保证构件延性，防止脆性破坏的重要原则，加大各承重构件的抗剪承载力，使这些部位在结构经历罕遇地震的过程中保证不出现脆性剪切失效。

（3）注意构造措施。

1）楼梯间的框架柱因楼梯平台梁与其相连，使得楼梯间柱成为短柱，因此应全长加密柱箍筋；

2）外立面为带形窗框架结构，因设置连续窗过梁，使外框架柱成为短柱，应加强构造措施；

3）对于框架结构长度略超过规范限值，建筑功能需要不允许留缝时，为减少有害裂缝，采用双向配筋补偿混凝土后浇带。

1.1.3框架结构梁柱截面尺寸的取值

我国的设计人员在大量的实际工程设计经验中，得出了框架梁柱截面尺寸大小的一般限值。

根据文献[8]：

柱的短边尺寸b可近似取底层柱高的1/15~1/20，长边尺寸h按（1~1.5）b选用，框架梁截面高度h可取L/8~L/12，截面宽度b一般为h/2~h/3（L为梁的跨度）。

这是初步估计的截面尺寸。

进行高层建筑的框架结构设计时，因为由于框架柱所受的轴向压力较大，柱的截面尺寸还要根据轴压比限值进行假定,目的是为防止钢筋混凝土框架柱在高轴压状态下呈现脆性破坏。

同时，建筑物层数多、高度大，为保证高层建筑具有必要的刚度，以保证结构的正常使用，还要控制其侧向位移量。

1.1.4框架结构梁柱的节点设计问题

框架梁柱节点承受由梁端和柱端传递来的轴力、弯矩和剪力，受它们共同作用且受力状态复杂。

因此节点要求具有足够的强度，以抵抗相邻构件承受的各种荷载．保证整个结构体系坚固和安全可靠。

文献[4]中认为:

框架结构设计的基本原则是“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“更强节点”的原则。

“强剪弱弯”就是避免构件（梁、柱、墙）剪力较大的部位在梁端达到塑性变形能力极限之前发生非延性破坏，即控制脆性破坏形式的发生。

“更强节点”就是节点的承载力应大于梁端和柱端的承载力。

文献[5]中认为:

节点区设计应遵循以下几个原则：

①节点区的强度应相对要大；②节点区的钢筋应有足够的锚固长度和粘结性能；③节点区的钢筋构造应尽量简单，以保证节点区混凝土的浇捣质量，使实际的受力情况符合设计要求。

根据文献[9]规范规定，一、二级抗震等级的框架结构，应对其进行节点核心区的承载力设计；三、四级抗震等级的框架结构，其节点应符合规范的构造要求。

1.5抗震框架结构计算参数选取

为得到合适的结果，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抗震设防烈度和场地类别、地震力的振型组合数和结构周期折减。

1.5.1结构的抗震等级

一般工业、民用建筑，可根据烈度、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；而电讯、能源、消防和医疗等类建筑以及大型体育场馆、大型零售商场等公共建筑，应当首先确定其属于哪类建筑。

乙、丙类建筑，地震作用均按本地区抗震设防烈度计算。

对于乙类建筑，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。

1.5.2地震力的振型组合数

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；当振型数多于3时，宜取3的倍数，但不应多于层数；当房屋层数≤2层，振型数可取层数；对于不规则的建筑结构，当考虑扭转耦联时，振型数应≥9；结构层数较多或结构刚度突变较大时，振型数应多取，如结构有转换层顶部有小塔楼、属多塔结构等，振型数应≥12或更多。

但不能多于房屋层数的3倍，只有当定义弹性楼板，采用总刚分析，且必要时，振型数才可以取得更多。

文献[17]中指出，合适的振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90%所需的振型数。

1.5.3结构周期折减系数

钢筋混凝土框架结构中，由于填充墙的存在使结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期。

因此，计算地震剪力偏小，结构显得不安全。

对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。

1.2框架结构设计与计算

1.2.1框架结构的特点

文献[5]认为框架结构有以下的特点：

（1）框架结构的梁、柱间为刚性连接；

（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。

框架结构的特点、结构受力使得结构方案的选择十分重要。

1.2.2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。

1.2.3受力计算

根据文献[12]框架结构设计内力计算主要包括以下四个方面：

（1）荷载的计算：

荷载包括外部荷载和内部荷载，上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。

（2）构件的试算：

根据计算出的荷载值，构造措施要求，使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来进行初步确定构件的截面。

（3）内力的计算：

根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算，包括弯矩，剪力，扭矩，轴心压力及拉力等。

（4）构件的计算：

根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求，如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。

1.3设计构造方面

（1）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，但对于文献[9]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。

（2）底层框架柱箍筋加密区范围应满足要求按文献[9]中规定：

“底层柱，柱根处箍筋加密区范围为不小于柱净高的1/3”这是新增加的要求，设计中应重点说明。

（3）框架梁的纵向配筋率应注意《建筑抗震设计规范》（GB50011一2001）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表6.3.3中规定的数值增大2mm.”在目前设计中，这一规定常被忽视，造成梁端延性不足。

（4）框架梁上部纵筋端部水平锚固长度应满足要求《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中规定：

“框架端节点处，当框架梁上都纵筋水平直线段锚固长度不足时，应伸至柱外边并向下弯折，弯折前的水平投影长度不应小于0.4LaE.”当框架柱截面尺寸小于400×400mm时，应注意梁上部纵筋直径的选择，否则这一项要求不容易得到保证。

二、框架结构设计中的要点分析

2.1基础系梁的设置问题

当前建筑框架结构设计在基础梁设置方面的问题主要表现在埋置深度问题。

如果基础梁埋置深度过深,则可采用基础系梁的方式减少底层柱的计算长度。

若是工程条件符合《建筑抗震设计规范》的规定,同样需要设置基础系梁。

文献[7]中认为:

依照建筑物的抗震要求,沿着两个主轴的方向设置基础系梁,其中所构造的基础系梁的纵向受力钢筋可以取所连接柱的最大轴力设计值的百分之十作为压力或者拉力来加以计算,截面高度可以取连接柱中心距离的1/12～1/15。

满足最小配筋率是构造配筋的基本条件,当基础系梁上作用有楼梯柱或者填充墙时传来的荷载时,应该将相应值提升至与所连接柱子最大轴力设计值的10%的叠加。

同时,基础系梁截面也应该保持同步的增加,计算出配筋应满足的构造和受力要求。

基础系梁顶标高的构造与基础顶标高一样。

此外,可以用混凝土将基础梁下面独立基础的锥形斜坡或者台阶之间的空隙部分浇筑,使其与基础项面齐平之后再浇筑基系梁。

如果以基础系梁来进行柱底弯矩的平衡,那么应该按照框架梁来设计配筋和基础系梁的截面尺寸。

此时,应该全部拉通拉梁正弯矩钢筋,至少应在1/2跨拉通负弯矩钢筋,基础系梁纵筋的抗震要求、箍筋的加密以及框架柱内的锚固应该与上部框架梁相同,而且此时要在基础梁顶部设置拉梁。

总之,若是不设置基础系梁,则可以把混凝土条形作为填充墙的基础；若是设置基础拉梁,则适合在框架柱之间设置,对于不在框架柱之间的墙体可以素混凝土基础。

2.2关于多跨连续框架梁边支座与相应框架柱连接节点的细部设计

文献[7]中认为:

在地震力作用下,对于超静定结构,重力荷载产生的弯矩分配与框架梁、框架柱之间的相对刚度有关,谁的相对刚度大,谁分配的弯矩就越多，由此得出结论:

在设计过程中,将框架梁截面相对做大,从抗震角度来说,对结构整体抗震是有利的,这也符合“强柱弱梁”的设计理念。

另外,平时接触的人多数结构设计方案从结构整体上来说采用的是弹性方案,但对于框架梁这一构件来说采用的是弹塑性的分析方法。

文献[16]认为现浇框架梁端负弯矩调幅系数可取0.8～0.9（设计时一般取0．85）,就是人为降低支座的抗弯承载能力,进而使之出现“塑性铰”,从而提高其变形能力,使地震来临时,结构能够通过形变将能量转化、消耗,达到抗震的目地。

2.3结构柱部分的设计

文献[11]中认为:

建筑物结构设计时如上部结构柱设计成圆柱时,地下部分应改为方柱,以方便施工。

圆柱纵筋根数最少为8根,箍筋用螺旋箍,并注明端部应有一圈半的水平段。

方柱箍筋应使用井宁箍,并按规范加密。

角柱、楼梯间柱应增大纵筋、并全柱高、加密箍筋。

原则上柱的纵筋宜大直径、大间距,但间距不宜大于200。

柱内埋管,管截面面积占柱截面4％以下时,可不必验算。

柱断面不宜小于450×450,混凝土不宜小于C25,否则梁纵筋锚人柱内的水平段不容易满足0.45La的要求,不满足时应加横筋；否则在梁柱节点处钢筋太密,会导致混凝土浇筑困难。

异型柱结构,梁纵筋一排根数不宜过多,柱端部纵筋不宜过密,否则节点混凝土浇筑困难。

当有部分矩形柱部分异型柱时,应注意异型柱的刚度要和矩形柱相接近,不要相差太大。

柱应尽量采用高强度混凝土来满足轴压比的限制,以减小断面尺寸。

同时要尽量避免使用短柱,短柱箍筋应全高加密,短柱纵筋不宜过大。

独立柱上或柱的中部（半层处）有挑梁时,挑梁长度应有限制。

此外考虑到竖向地震作用,柱子的轴压比及配筋宜留有余地。

三、框架结构设计中的技术问题分析

建筑框架结构设计中的技术应用既要结合建筑物的实际功能需求，还要满足建筑物的抗震要求。

在设计中，一定要抓住设计项目的要点，加以深入的研究与探讨，最终制定出较为完善的设计方案。

文献[7]认为建筑框架结构的设计技术要点，主要表现为以下几方面：

3.1基础部分的设计技术要点

柱下扩展基础宽度较宽或地基不均匀及地基较软时，宜采用柱下条基，并应考虑节点处基础底面积双向重复使用的不利因素，适当加宽基础。

建筑地段较好，基础埋深大于3m时，结构工程师应建议甲方做地下室。

当地基承载力满足设计要求时，地下室底板可不再外伸以利于防水。

每隔30-40m设一后浇带，两个月后再用微膨胀混凝土浇注。

设置地下室可降低地基的附加应力，提高地基的承载力，减少地震作用对上部结构的影响。

在设计过程中不应设局部地下室，地下室应有相同的埋深。

地下室外墙为混凝土时，相应的楼层处梁和基础粱可取消。

抗震缝、伸缩缝在地面以下可不设，连接处应加强，但沉降缝两侧墙体基础一定要分开。

文献[15]中认为:

新建建筑物基础不宜深于周嗣已有基础，如深于原有基础，其基础间的净距应不少于基础高差的2倍，否则应打抗滑移桩，防止原有建筑的破坏。

建筑层数相差较大时，应在层数较低的基础方格中心的区域内垫焦碴来调整基底附加应力。

3.2梁部分的设计技术要点

文献[14]中认为:

梁上有次梁处应附加箍筋和吊筋，宜优先采用附加箍筋。

附加筋一般要有，但不应绝对。

一般来说位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载，应全部由附加横向钢筋承担，这也就是说，位于梁上的集中力如梁七柱、梁上后做的梁如水箱下的垫梁不必加附加筋。

位于梁下部的集中力应加附加筋。

但梁截面高度范围内的集中荷载可根据具体情况而定。

当主次梁截面相差不大，次梁荷载较大时，应加附加筋。

当主梁高度很高，次梁截面很小、荷载很小时，如快接近板上附加暗梁，主梁可不加附加筋。

当主次梁截面均很大，如工艺要求形成的主次深梁，而荷载相对不大，主梁也可不加附加筋。

当外部梁跨度相差不大时，梁高宜等高，尤其是外部的框架梁。

当梁底距外窗顶尺寸较小时，宜加大梁高做至窗顶。

外部框架梁尽量做成外皮与柱外皮平齐。

梁也可偏出柱边一较小尺寸。

梁与柱的偏心可大于1/4柱宽，并宜小于1/3柱宽。

四、框架结构设计中的施工现实问题分析

为了满足柱轴压比的要求，同时又要满足控制柱截面的要求，柱子采用较高强度等级的混凝土则成为一种必然。

而对于以受弯为主的楼层梁板，过高的混凝土强度等级却是不必要且不适宜的。

文献[20]认为高强度等级混凝土对其抗弯承载力的贡献不明显，，高强度等级混凝土对构件承受非荷载应力（混凝土收缩应力、温度应力等）不利，正因为如此，才有“现浇框架梁的混凝土强度等级不宜高于C40”的规定。

事实上，在实际工程设计中楼盖合适的混凝土强度等级通常采用C25～C35。

文献[13]中认为:

建筑混凝土结构的柱混凝土设计强度高于梁板的设计强度必然存在，而且随着建筑物高度的增大，两者的设计强度差距会越大，此外，需要特别说明的是，这种情况主要存在于建筑的下部。

通常建筑设计时为强调外立面协调统一,往往采用剪力墙与柱外平齐方案,使节点施工时的锚固无依据,通常有如下常见做法:

a.将剪力墙水平筋绑扎在约束柱纵筋外侧;b.剪力墙水平筋不打弯直接穿入约束柱内主筋内侧进行锚固。

在建筑工程施工中，框架结构的节点是联系整个结构体系的枢纽，如框架的梁柱交汇点、剪力墙结构的暗梁与柱的交汇点等。

节点承受由梁端和柱端传递来的轴力、弯矩和剪力，受它们一同作用且受力状态复杂。

因此节点规定具有足够的强度，以抵抗相邻构件承受的各种荷载。

保证整个结构体系坚固和安全可靠。

然而在现实工程中，我们发现冈节点细部构造设计不细致，施工不精心,容易给工程品质留下隐患。

五、结束语

当今的建筑结构框架虽然得到进一步的完善，但是仍然存在问题。

在我国建筑工程项目建设过程中，建筑框架结构设计工作是一项十分重要的工作内容，直接关系到建筑工程项目经济收益与社会效益的实现。

对框架的研究可以提高对框架结构性能的认识,才能确保框架结构设计工作的有序进行，使得结构发挥出更好的承载能力，进而实现框架结构的优化设计。

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中国建筑工业出版社，2002.

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5号宋体和TimesNewRoman（英文）；1.5倍行距

2

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