框架结构设计方案与计算

框架结构设计方案与计算

摘要：随着社会的发展与进步，我们越来越重视框架结构设计，框架结构设计对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍框架结构设计方案与计算的有关内容。

关键词框架；结构；设计；方案；原理；荷载；计算；

引言

随着社会经济形势的不断好转，人们的生活水平得以快速提高，在这种环境背景的影响下，人们对于建筑物的使用功能和质量性能都有了更高的要求，为更好的满足人们对于现代建筑物实际的生活和心理追求，建筑框架结构设计便成为人们所关注的焦点。建筑空间、平面布局等都包含在建筑的框架结构设计中，对满足人们的需求方面起着至关重要的作用。

一、框架结构的定义和类型

1.1 定义

框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构,即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。框架结构是多层房屋的主要结构形式,也是高层建筑的基本结构单元。

1.2 类型

(1)按构件组成划分可分为梁板式结构和无梁式结构两种两种类型。

梁板式结构是指由梁、板、柱三种基本构件组成的骨架结构;无梁式结构是指由板和柱子组成的骨架结构。

(2)按框架的施工方法划分可分为现浇整体式框架、装配式框架、半现浇框架及装配整体框架。

现浇整体式框架是指框架全部构件均在现场浇注成整体,具有整体性和抗震性能好、构件尺寸不受标准构件限制的特点。装配式框架是指框架全部构件采用预制装配,具有加快施工进度、提供建筑工业化程度的特点。但是节点构造刚性差,抗震性差。半现浇框架是指梁、柱现浇,楼板预制或现浇,预制梁板,具有梁柱整体性好、可节约模板的特点。装配整体或框架是指预制梁、柱装配时通过局部现浇混凝土使构件连接成整体。结构的整体性和抗震性介于现浇和装配式构件之间,保证了节点的刚度,比现浇形式节省模板,能够加快施工进度,但也增加了后浇混凝土的工序。

(3)按材料组成区分可分为钢框架和混凝土框架

钢框架是指有钢梁或钢柱组成的能承受垂直和水平荷载的结构。混凝土框架是指由混凝土为汉族要材料建造的工程结构,包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构等。

二、框架结构设计的基本原理

在建筑结构中框架结构设计的基本原理主要包括两个方面:一是建筑结构的荷载,二是极限状态设计法。

2.1 建筑结构的荷载

荷载:施加在结构上的集中力或分布力,称之为直接荷载;引起结构外加变形或约束变形,称之为间接荷载。荷载效应:由作用引起的结构国构件的反映。结构抗力:结构或结构构件承受效应的能力。

2.2 极限状态设计法

为了保证框架结构设计的安全性、耐久性与实用性,必须对其极限状态进行验算。同时,这也是框架结构设计的方法。安全性:满足特定的与建筑物功能相适应的承载力极限状态;耐久性:保证结构的承载力的持续时间与环境使用度;实用性:保证结构在正常使用中时具有良好的工作性能。

三、框架结构设计及其计算要点分析

3.1框架计算简图的确定

没有地下室的多层框架房屋，一般来说基础埋的较深，对于不同的深浅度，要有不同的设计。在基础埋的比较深的时候，为了增加房屋底部的整体性，减小位移有时在±0.000附近设置基础连系梁。将基础连系梁以下的部分看作底层，层高H取基础顶面至连系梁顶面的高度，而把实际建筑的底层作为第二层考虑，层高H取连系梁顶层至一层楼面高度。基础埋深较浅时现浇的框架结构梁柱刚接，计算简图的确定主要是确定底层柱的计算长度。根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010(以下简称《结构规范》)第6.2.20条规定：一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构，底层柱的计算长度取基础顶面到一层楼盖顶面的高度H，装配式框架取1.25H。对于带地下室的多层框架结构，合理确定上部结构的嵌固位置是一个关键问题。《结构规范》和《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(以下简称《抗震规范》)，都没有明确地提出具体位置，需要具体问题具体分析。对于能够满足《抗震规范》第6.1.14条规定的地下室结构或采用箱型基础时，可将地下室顶作为框架上部结构的嵌固位置，在利用PKPM软件进行设计时，楼层总数仅输入地下室以上的实际层数，底层的层高H取实际层高。这样计算出的地震作用与实际情况较为接近。对于不能满足《抗震规范》第6.1.14条规定的地下室结构或者采用筏板式基础时，嵌固位置最好取在基础顶面。此时，利用电算进行楼层组合时，总层数应为实际的楼层数加上地下室的层数。

3.2钢筋混凝土保护层厚度的取值

混凝土保护层在保护钢筋不受锈蚀方面起着重要作用，能够有效保证钢筋的粘结锚固性能，对于构件的耐久性和钢筋的受力性能影响比较大。《结构规范》规定，保护层厚度计算应由最外层钢筋开始计算，梁柱保护层计算需考虑由箍筋及构造筋边开始计算至混凝土表面的距离。实际工作中设计人员的不重视，常会出现以下问题：1)主梁与次梁交叉处、主梁、次梁和板的钢筋关系处理不明确，造成板负筋保护层厚度不足或构件有效截面高度损失，直接影响到构件的安全性;2)地上部分与地下部分的柱因所处的环境条件不同，根据规范要求，应采取不同的保护层厚度。因此，设计时应注意：1)正确处理构件内各类钢筋的相互关系，按钢筋的正确位置确定构件内钢筋的保护层厚度及构件有效截面高度，并进行构件的截面设计。正确区分同一构件所处的环境条件，区别对待不同环境下的混凝土保护层厚度。地下部分的柱可将其断面加大，满足其保护层厚度的要求，同时保证柱钢筋上下位置的一致性，满足钢筋受力要求。

3.3框架结构抗震构造措施

3.3.1梁的设计

设计梁要注意梁度差，当梁度差较小时，两高也要与之相同。如果梁底与窗定的尺寸相差的小，大粱的高度就该与窗顶一致．外部的框架梁尽梁尽量保持外皮与住外皮的一平。有次梁的时候，尽量使主梁和次梁分开，以免引起主次梁的抗扭。使抗扭的纵箍筋增加。上梁纵筋的间距在满足抗裂的同时．也要注意将梁端头的箍筋加密。小面积的梁及框架梁，上下部的纵筋避免支座搭接。由于挑梁在总负荷中所占的比例较小。将挑粱变成截面不能够有效的减轻自重，变截面梁时，其挠度也大于截面梁。如果挑梁的端部有次梁，要注意对其加固。一般情况下。只有当剪承载力不足时，挑梁根部才可以加斜筋。挑梁配筋必须留有空间．而就大梁而言．在梁的下部必须配置受压钢筋来减少挠度。为了保证梁的变形能力，使框架结构具有较好的抗震性能，梁端纵向受拉钢筋的配筋率应能使梁端截面的受压区相对高度满足以下要求：一级框架≤0.25ho;二、三级框架≤0.35ho，同时，纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%。为了保证梁有足够的延性，提高塑性铰区压区混凝土的极限压应变值，并防止在塑性铰区内最终发生斜裂缝破坏，在梁端纵筋屈服范围内加密封闭式箍筋，对提高梁的变形能力十分有效。同时，为了防止压筋过早压曲，应严格遵照《抗震规范》限制箍筋的间距。

3.3.2柱的设计

柱的设计主要从三个方面阐述，分别是柱截面尺寸、柱纵向钢筋的配置、柱的箍筋。柱的平均剪应力太大，会使柱产生脆性的剪切破坏。平均压应力或轴压比太大会使柱产生混凝土压碎破坏，为了使柱有足够的延性，柱截面尺寸应符合以下要求：柱截面的长边应小于柱净高的1/4；且矩形截面柱，抗震等级为四级或层数不超过2层时，其最小截面尺寸不宜小于300mm，一、二、三级抗震等级且层数超过2层时不宜小于400mm；圆柱的截面直径，抗震等级为四级或层