框架结构

框架结构一、概述：（一）混凝土框架房屋的应用：框架结构是由梁、柱组成的承受垂直荷载和水平荷载的结构，墙体起维护与隔断作用，不传递力，是非结构构件。框架结构建筑平面布置灵活，可提供较大空间，使用方便，能满足各种建筑功能的要求。（二）材料：1、混凝土：有抗震设防要求的混凝土结构的强度等级应符合下列要求：设防烈度为9度时，混凝土强度等级不宜超过C60；设防烈度为8度时，混凝土强度等级不宜超过C70；当按一级抗震等级设计时，混凝土强度等级不应低于C30；当按二、三级抗震等级设计时，混凝土强度等级不应低于C20。2、钢筋：有抗震设防要求的钢筋应符合下列要求：结构构件中的普通纵向受力钢筋宜选用HRB400、HRB335级热轧钢筋；箍筋宜选用HRB335、HRB400、HPB235级热轧钢筋(三)钢筋的锚固长度、搭接长度、最小配筋率：1．钢筋的锚固长度：（1）非抗震的锚固长度：al=adfftyal--受拉钢筋的锚固长度；yf--锚固钢筋的抗拉强度设计值；tf--锚固区混凝土的抗拉强度设计值；d--锚固钢筋的直径；a--锚固钢筋的外形系数。锚固钢筋的外形系数a钢筋类型光面钢筋带肋钢筋刻痕钢丝螺旋肋钢丝三股钢绞线七股钢绞线外形系数0.160.140.190.130.160.17（2）抗震钢筋锚固长度：一、二级抗震等级aEl=1.15al三级抗震等级aEl=1.05al四级抗震等级aEl=1.0al2．钢筋的搭接长度：（1）非抗震的搭接长度：ll=alll--受拉钢筋的搭接长度；--受拉钢筋的搭接长度修正系数；al--受拉钢筋的锚固长度。（2）抗震钢筋的搭接长度：lEl=aEl受拉钢筋的搭接长度修正系数同一连接区段内搭接钢筋面积百分率（%）2550100搭接长度修正系数1.21.41.63．钢筋锚固、搭接、延伸长度分类应用部分：抗震等级长度分类应用部位非抗震及四级抗震al非抗震锚固长度0.35al简支梁（？）0.40al框架结点（梁锚入柱时梁钢筋弯折前的水平投影长度）0.70al充分利用受压强度、末端采用机械锚固1注0.85al受压钢筋搭接（同一连接区段内接头面积百分率不大于25%）1.05al受压钢筋搭接（同一连接区段内接头面积百分率不大于50%）1.20al受拉钢筋搭接（同一连接区段内接头面积百分率不大于25%）1.25al受压钢筋搭接（同一连接区段内接头面积百分率大于50%）1.30al错开搭接（不在同一连接区段内的钢筋搭接接头中心矩）1.40受拉钢筋搭接（同一连接区段内接头面积百分率为50%）al1.50al框架结点（钢筋搭接接头时沿结点外侧和梁端顶部布置2注）1.60al受拉钢筋搭接（同一连接区段内接头面积百分率为100%）1.70al框架结点（钢筋搭接接头时沿柱顶部外侧布置时的竖直段3注）抗震等级一二三级Eal抗震锚固长度0.40Eal框架结点（梁锚入柱时梁钢筋弯折前的水平投影长度）1.20Eal梁柱钢筋搭接（同一连接区段内接头面积百分率不大于25%）1.40Eal梁柱钢筋搭接（同一连接区段内接头面积百分率为50%）1.50Eal框架结点（钢筋搭接接头时沿结点外侧和梁端顶部布置4注）1.60Eal梁柱钢筋搭接（同一连接区段内接头面积百分率为100%）1.70Eal框架结点（钢筋搭接接头时沿柱顶部外侧布置时的竖直段5注）注1：机械锚固的形式及构造要求见《混凝土结构设计规范》图9.3.2注2、注3：梁上部纵向钢筋与柱外侧纵向钢筋在顶层端结点的搭接见《混凝土结构设计规范》图10.4.4注4、注5：梁上部纵向钢筋与柱外侧纵向钢筋在顶层端结点的搭接见《混凝土结构设计规范》图11.6.7（d）、（e）4．最小配筋率：（1）非抗震设计的混凝土结构构件中纵向受力钢筋的最小配筋百分率受力类型最小配筋百分率min受压构件全部纵向钢筋0.6一侧纵向钢筋0.2受弯构件、偏心受拉、轴心受拉构件一侧的受拉钢筋0.2和45tf/yf中较大者（2）抗震设计的框架梁纵向受拉钢筋最小配筋率（%）抗震等级梁中位置支座跨中一级0.40和80tf/yf二者较大值0.30和65tf/yf二者较大值二级0.30和65tf/yf二者较大值0.25和55tf/yf二者较大值三、四级0.25和55tf/yf二者较大值0.20和45tf/yf二者较大值（3）抗震设计的框架柱纵向钢筋最小配筋率（%）柱类型抗震等级一级二级三级四级框架中柱、边柱1.00.80.70.6框架角柱、框支柱1.21.00.90.8（四）框架结构的高度及高宽比限制：1．钢筋混凝土框架建筑的最大适用高度（m）：结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度7度8度9度框架70605545252．钢筋混凝土框架建筑适用的最大高宽比：结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度、7度8度9度框架5432二．框架结构的组成、布置及截面尺寸：（一）框架结构的组成：框架结构在梁柱连接处一般采用刚性连接，为高次超静定结构。为利于结构受力，一般梁宜拉通、对直，框架柱宜上、下对中，梁柱轴线宜在同一竖向平面内。框架梁的横截面一般为矩形，当楼盖为现浇板时，可将楼板的一部分作为框架梁的翼缘予以考虑，即框架梁截面为T形或形；当采用预制板楼盖时，为减小楼盖结构高度，增加建筑净空，框架梁截面常为十字形或花篮形；也可将预制梁做成T形截面，在预制板安装就位后，再现浇部分混凝土，使后浇混凝土与预制梁共同工作，即为叠合梁。这样，一方面保证了梁的有效高度和承载力，另一方面可将梁板有效地连成整体，改善结构的抗震性能。（二）框架结构的布置：1．地震区，水平荷载除风荷载外，还有地震作用，地震作用是随机的、反复作用的，比较复杂，地震作用对结构的影响是比较大的。地震区的结构布置不同，对其计算与构造也不同，所以地震区的建筑宜采用规则结构：（1）房屋的平面布置力求简单、对称，如有局部突出，则突出部分的长度（b）不大于其宽度（l），且不大于该方向总长的30%。（2）房屋平面内质量分布和抗侧力构件的布置基本均匀、（3）立面形状简单，局部収进的尺寸不大于该方向总尺寸（B）的25%。（4）楼层刚度不小于其相邻上层刚度的70%，且连续三层总的刚度降低不超过50%。2．框架结构的柱网布置，即柱距的大小，应根据建筑使用功能的要求、结构受力的合理性、有利于方便施工和经济合理等因素决定。柱网的开间和进深，可设计成大柱网或小柱网。大柱网适用于建筑平面要求有较大空间的房屋，但将增大梁柱的截面尺寸。小柱网梁柱截面尺寸小，适用于饭店、办公楼、医院病房楼等分隔墙体较多的建筑。在有抗震设防的框架房屋中，过大的柱网将给实现强柱弱梁及延性框架增加一定困难。3．根据框架承受垂直荷载的传力情况，框架结构的形式可分为横向承重框架、纵向承重框架和双向承重框架。通常将短轴方向称为横向、长轴方向称为纵向。（1）横向承重框架：楼板或次梁支撑在横向框架梁上，横向框架梁承受板或次梁传来的力，纵向框架梁承受梁自重、部分板上荷载和维护结构自重。由于横向柱子比较少，横向承重框架梁刚度比较大，有利于提高横向框架刚度，多采用横向框架承重布置。（2）纵向承重框架：楼板或次梁支撑在纵向框架梁上，纵向框架梁刚度较小，较少采用纵向框架承重。（3）双向承重框架：楼板或次梁分别支撑在横向和纵向框架梁上，整体刚度比较好，在工业建筑中由于设备的布置多采用双向框架布置。4．有抗震设防的框架结构，或非地震区层数较多的房屋框架结构，横向和纵向均应设计成刚接框架，成为双向梁柱抗侧力体系。主体结构除个别部位外，不应采用铰接。（《高规》6.1.1）5．框架结构按抗震设计时，不得采用部分由砌体墙承重的混合形式。框架中的楼、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。（《高规》6.1.6）6．抗震设计的框架结构中，当楼、电梯间采用钢筋混凝土墙时，结构分析计算中，应考虑该剪力墙与框架的协同工作。如因楼、电梯间位置较偏等原因，不宜作为剪力墙考虑时，可采取将此种剪力墙减薄、开竖缝、开结构洞、配置少量单排钢筋等方法，以减少墙的作用。（《高规》6.1.7）（三）框架梁、柱截面的确定：1．框架梁截面尺寸：梁截面尺寸主要是要满足竖向荷载下的刚度要求。主要承重框架梁按“主梁”估算截面，梁高为：bh=（121~81）blbl--框架梁计算跨度。非主要承重框架梁可按“次梁”要求选择截面，梁高为：bh=（201~121）bl当梁上有较大设备荷载时，bh还可以加大，但不宜大于净跨的41。框架梁宽：bb=（31~21）bh查当满足上述要求时，可不验算梁挠度。2．框架柱截面尺寸：（1）柱子截面宽度cb和ch应大于柱计算长度（0l）的251，一般可取（121~61）h，h--层高。（2）也可根据柱子支撑楼板的面积上所承受的恒荷、活荷及墙重等，计算柱的最大竖向轴向力设计值vN，考虑水平荷载的影响，乘上系数预估柱子截面尺寸cA。非地震vNN)10.1~05.1(ccfNA地震vNN)20.1~10.1(一级抗震等级ccfNA65.0二级抗震等级ccfNA75.0三级抗震等级ccfNA85.0cf--柱截面轴心受压强度设计值。（3）框架柱截面不能太小，一般宜取mmhc400，mmbc350，而且柱净高与截面的高度ch之比宜大于4，否则是短柱。（4）地震区柱子截面宜是方形或矩形，如果是矩形，则柱的长边与主要承重框架方向一致。（5）层高：底层取基础顶面到底层梁顶，中间层取梁顶到梁顶的间距。（6）柱底与基础连接，可按固定端。3．现浇框架梁、柱的混凝土强度等级及钢筋选用，见《混凝土结构设计规范》11.2.1、11.2.2条。4．当梁柱的混凝土强度不同时，应先浇梁柱节点高等级的混凝土，并在梁上留坡槎。三．框架的计算：（一）地震作用简介：地震作用是一种反映地震影响的等效荷载，它与静力荷载不同之处是它的大小、方向随时间改变。它也与一般荷载不同，一般荷载与结构的动力特性无关，可以独立的确定，地震作用的未知因素较多，不仅取决于地震烈度大小和到震源的距离及震级、地面运动规律，而且与建筑物的动力特性（结构的自震周期、阻尼）有关。地震作用的计算方法有：底部剪力法、阵型分解反应普法和时程分析法。（二）竖向荷载作用下框架结构计算：1．竖向荷载作用下如果采用手算进行内力分析时，可有两个简化假定，即：不考虑框架的侧移刚度影响、每层梁上的荷载对其它各层梁的影响可忽略不计。2．计算方法:弯矩分配法。这是一种近似计算法，这个方法是将各节点的不平衡弯矩，同时作分配和传递，并以两次分配为限。弯矩二次分配法所得结果与精确比较相差甚小，其计算精度已满足工程要求。3．计算步骤：（1）计算各杆件（梁、柱）的线刚度bi、ci梁lIEibbb柱hIEicccbi、ci--梁、柱的线刚度；bE、cE--梁、柱混凝土的弹性模量；bI、cI--梁、柱截面的惯性矩，对矩形截面123bhIl、h--梁、柱的杆件长度。（2）计算弯矩分配系数iku：nkikikikiiu1iki--表示第i节点，第k根杆的线刚度；nkiki1--表示i点所有杆件的线刚度之和。（3）计算梁固端弯矩：（4）弯矩的分配与传递：将各节点不平衡弯矩同时进行分配，然后假定远端固定进行传递。右（左）梁分配弯矩向左（右）梁传递，上（下）柱分配弯矩向下（上）柱传递（传递系数均为21）。第一次分配弯矩传递后，再进行第二次弯矩分配，而不传递。弯矩二次分配法，只是将不平衡弯矩分配两次，将分配弯矩传递一次。（5）根据节点弯矩画出弯矩图。梁端弯矩为固端弯矩、分配弯矩和传递弯矩的代数和；柱端弯矩为本单元柱端分配弯矩与相邻计算单元传递弯矩的代数和。（三）水平地震力作用下框架结构计算：采用底部剪力法。1．在水平力作用下求出各楼层的剪力。（1）求出各层重力荷载代表值iG：（屋面恒载、屋面活载、楼面恒载、楼面活载、内外墙面及墙体、每层次梁荷载标准值、每层框架梁荷载标准值、每层框架柱荷载标准值、女儿墙等）（2）框架柱侧移刚度D值的计算：212HiDc--柱刚度修正系数，按下表采用；ci--柱的线刚度；H--层高。（3）结构