建筑框架结构设计原则与方法

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1、建筑框架结构设计原则与方法摘要：作为多层和小高层建筑流行的结构设计模式，框架结构布置灵活、使用面积大，深受设计人员欢迎，但是框架结构抗震能力较弱，所以结构设计时必须关注这些问题。木文因此对框架结构设计原则与方法进行了分析。关键词：框架结构；设计；原则；方法框架结构是由框架梁、柱、楼板、基础等构件组成的建筑结构，由于柱网布置规则及使用空间大，而在多层建筑、小高层建筑中获得广泛应用。目前,框架结构的设计普遍采用电算法，而过于依赖电算法使得设计人员对框架结构设计的一些概念、原则反而缺乏清晰的认识，分析问题和解决问题的能力被电算法所蒙蔽，容易出现

2、事故隐患［1］。因此，木文对框架结构设计原则与方法进行了分析，并对设计中需要注意的问题进行了探讨。1框架结构设计原则与注意事项1.1高度适用性原则《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第6.1.1关于现浇钢筋混凝土房屋的最大适用高度，除6度区以外，其他均比旧版木（GB50011-2001）有所降低［2］。即便如此，新《抗规》给出的最大适用高度仍较高，例如8度区（0.3g）为35m（旧《抗规》为45m）,以平均层高3.3m计，相当于11层（旧《抗规》相当于14层）。但大量工程实践表明，即使结构计算结果满足了规范要求，结构受力也是不

3、合理和不经济的。例如某工程地震设防烈度8度（0.3g）,场地类别111矣，采用框架结构，柱网8.4m×8.4m,楼层4〜5层，房屋高度17〜21m（注意没有超出《抗规》最大适用高度），荷载按一般办公楼取值。经计算，框架柱、梁的截面分别为900mm×1100mm、400mm×800mm。可JaL，梁、柱偏大，楼层净高和房间使用面积都受到较大影响。根据震IX房屋破坏情况统计，框架结构侧向位移大，抗震性能较差，非结构构件（如填充墙、隔墙、管道等）破坏严重，因此，规范中给出的数据只是极限情况，在现实中并不一定就

4、是合适的。仍以上述办公楼例子说明，当在隔墙位置设置适量剪力墙后，框架柱、梁截面调整为600mm×600mm、350mm×650mm，显然调整后较调整前结构的经济性能大为改善。1.2主次协调原则建筑框架结构设计是分主次的，例如桐架柱与梁的关系中柱是主、梁为次，柱不能先于梁倒，所以柱设计时要具备足够的延性，否则引起短柱效应会发生脆断；而梁要成为坚固的构件，具备足够的抗剪能力［3］。这也就是规范要求的“强柱弱梁”、“强剪弱弯”原因所在。《抗规》第6.2.2、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）第11.4.1

5、和《高层建筑混凝土结构技术规范》（JBJ3-2010）第6.2.1都规定框架梁柱节点处，除顶层框架和柱轴压比小于0.15者及框支柱、框支梁节点之外，梁端组合弯矩设计值必须符合及要求。通过这些关系式可得出影响“强柱弱梁”的几个重要因素：（1）梁端负弯矩越大要实现“强柱弱梁”越难，所以应适当降低梁端负弯矩值；（2）梁端正弯矩与邻跨梁端负弯矩构成梁端力偶，所以梁端正弯矩取值也对实现“强柱弱梁”有同样的影响，应当合理取值；（3）梁端配筋影响梁端受弯承载力，所以控制梁端配筋以及配筋计算的比例关系，也对实现“强柱弱梁”影响很大，必须予以重视。在进行结

6、构设计吋，一些原因会导致梁端负弯矩增加或梁端配筋增加，例如弹性计算模型抗力和效应计算选取了不同的截面，变相增加了梁端配筋量，对实现“强柱弱梁”不利；再如验算梁端截面裂缝宽度吋，内力取值截面与实际截面不一致，也导致梁端弯矩增加，梁端裂缝宽度超过实际值，加大了梁端配筋量。针对上述问题，在结构设计吋应考虑结构的塑性内力的重分布，设置梁净跨单元专用于“强柱弱梁”的计算。在验算构件裂缝宽度吋，同样考虑塑性内力的重分布，利用柱边缘截面处的梁端内力设计值，也就是按梁净跨单元验算梁端裂缝宽度。实际配筋吋，要区分梁跨中截面配筋与梁端截面梁底配筋的差别，冋吋

7、考虑现浇楼板钢筋对梁端截面受弯承载力的影响，并严格控制梁端负弯矩和正弯矩配筋量，避免超配。1.3刚柔相济原则刚柔相济是指刚强的与柔和的恰好相配、互为补充，用于框架结构设计也非常得体。过分强调刚，不仅增加工程造价，经济性差，而且遇到强大的外力，也难以抵消外力影响而易损坏；这时候增加一些柔，利用变形抵消外力的影响，还兼具造价低、经济性好的特点。所以在验算不同楼盖和布置的抗震效果时，应当把握刚柔相济的原则，在安全性与经济性之间寻求合理的平衡。另外，框架结构设计还必须考虑设防的层次性，避免设计单跨桐架和单层墙结构，因为单跨框架和单层墙结构冗余度低

8、，一点被突破整道防线全被突破；反之，多跨框架和多层墙结构就会稳固的多。1.4全面、预防和可计算原则框架结构设计自有其复杂性的一面，所以设计时要统筹兼顾、考虑全面。例如设计大跨度雨棚吋，可根据梁