钢筋混凝土框架结构设计.doc

框架结构梁板柱的布置原则
1太原理工大学 建筑与土木工程学院 郭瑶雪
2 山西省第一建筑工程公司 刘春红
摘　要:
改革开放以来,随着我国经济的迅猛发展,我国的建筑也发展迅速,设计思想也在不断更新。钢筋混凝土框架结构就是符合社会发展要求的一种结构，目前应用也是最为广泛,但其结构设计中还存在许多问题。该文从结构设计计算、构造措施等方面探讨了框架结构梁板柱设计中需要注意的问题

关键词:框架结构 基本原则 构造要求
1. 概述
框架结构是由梁、柱构件组成的空间结构，既承受竖向荷载，又承受风荷载和地震作用，因此，必须设计成双向结构体系，并且应具有足够的侧向刚度，以满足规范、规程的楼层层间最大位移与层高之比的限制。由于框架的平面布置灵活,可以最大程度的满足使用要求,所以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。
2.结构布置原则
2.1结构体系
合理的建筑结构体系应该是刚柔相济的。结构刚性强则变形能力差，强大的破坏力瞬间袭来时，需要承受的力很容易造成局部受损最后全部毁坏；而韧性大的结构虽然可以很好的消减外力，但容易造成变形过大而无法使用甚至建筑倾倒。因此框架应沿建筑的两个主轴双向设置，形成双向梁柱抗侧力体系。 且在刚接体系除个别部位外，框架的梁柱应采用刚接，以增大结构刚度和整体性。
2.2 结构受力
结构传力路径要求简单、合理且有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，以减少扭转
平面布置应简单、规则、对称、均匀，以保证良好的整体性；避免过大内收和外伸（凹角处应力集中）；质心于刚心宜接近，避免平面不规则结构，
建筑的立面和竖向剖面宜规则,结构的侧向刚度宜均匀变化,竖向抗侧力构建的截面尺寸和裁量强度宜自下而逐渐减小,避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变,以免出现薄弱层。
3.结构布置
3.1框架梁截面尺寸
根据《高规》6.3.1条规定，框架结构的主梁截面高度可按确定，为主梁计算跨度；梁净跨与截面高度之比不宜小于4，梁的截面宽度不宜小于200㎜，梁截面的高宽比不宜大于4。
当梁高较小或采用扁梁时，除验算其承载力和受剪截面要求外，尚应满足刚度和裂缝的有关要求。在计算梁的挠度时，可扣除梁的合理起拱值；对现浇梁板结构，宜考虑梁受压翼缘的有利影响。
框架梁是框架结构在地震作用下的主要耗能构件，因此梁的塑性铰区必须保证有足够的延性。梁的剪跨比、截面的剪压比和配筋率、受压区高度比等都是影响梁延性的因素。按照不同抗震等级对上述各因素的要求，在地震作用下，梁端塑性铰区保护层容易脱落，如果框架梁的截面宽度过小，梁的截面损失比例则比较大。为了对节点核心区提供约束以提高梁的受剪承载力，梁截面宽度不宜小于柱宽的1/2，如不能满足其要求，则应考虑核心区的有效受剪截面。
3.2 柱网尺寸
框架结构的柱网布置既要满足生产工艺和建筑平面布置的要求，又要使结构受力合理，施工方便。柱网尺寸及层高应根据建筑功能要求、施工条件及材料设备等各方面因素来确定。
框架柱的截面尺寸可根据柱支撑的楼层面积计算由竖向荷载产生的轴力设计值（荷载分项系数可取1.30），按下列公式估算柱截面积，然后再确定柱边长。
⑴仅有风荷载作用或无地震作用组合时

⑵有水平地震作用组合时

为增大系数，框架结构外柱取1.3，不等跨内柱取1.25，等跨内柱取1.2；框剪结构外柱取1.1~1.2，内柱取1.0.
有地震作用组合时柱所需截面面积为：

式中 ——柱轴压比限值见《混凝土规范》表11.4.16
——混凝土轴心抗压强度设计值
校核框架柱截面尺寸是否满足构造要求：非抗震设计时，不宜小于250mm，抗震设计时，不宜小于300mm；圆柱截面直径不宜小于350mm；柱截面高宽比不宜大于3；柱剪跨比宜大于2，以避免产生剪切破坏。在设计中，楼梯间、设备层等部位难以避免短柱时，除应验算柱的受剪承载力外，还应采取措施提高其延性和抗剪能力。
框架柱剪跨比可按下式计算：

式中 ——框架柱的剪跨比，反弯点位于柱高中部的框架柱，可取柱净高与2倍柱截面的有效高度之比值
——柱端截面组合的弯矩计算值，可取上下端的较大值
——柱端截面与组合弯矩计算值对应的组合剪力计算值
——计算方向上截面的有效高度
框架柱截面的组合最大剪力设计值应符合下列条件：
无地震作用组合时：
有地震作用组合时：
剪跨比大于2
剪跨比不大于2
式中 ——剪力设计值
——矩形截面的宽度，T形截面、工形截面的腹板宽度
——计算方向上截面的有效高度
——混凝土强度的折减系数
3.3现浇板的厚度
按照受力特征，混凝土楼盖的周边支撑板可分为单向板和双向板。用、分别表示长短跨方向的计算跨度，将的板称为单向板，即主要在一个跨度方向受弯曲的板；的板称为双向板，即在两个跨度方向受弯的板。对于2＜＜3的板，可按单向板设计，但应适当增加沿长跨方向的分布钢筋。各类现浇板为满足承载力和刚度、防火和预埋暗管的要求，板的最小厚度和板厚与跨度的比值都必须满足：一般楼层现浇板厚不应小于80mm，当板内有预埋暗管时不宜小于100mm；顶层楼板厚度不宜小于120mm，宜双层双向配筋；普通地下室顶板厚度不宜小于160mm；等等《混凝土设计规范》的相关规定。
单向板：为了保证刚度，单向板的厚度应不小于跨度的1/40（连续板）、1/35（简支板）以及1/12（悬臂板）。在满足上述要求的前提下，为减轻现浇板的自重并且节约资源，板厚应尽量的薄些。
双向板：板厚不宜小于80mm，由于挠度不再另外验算，双向板的板厚与短跨跨度的比值需满足刚度的要求:
简支板 ≥1/45
连续板 ≥1/50
对于周边与梁整体连接的双向板，由于在两个方向受到支撑结构对变形的约束，整块板内存在穹顶作用，使板内弯矩大大减小。所以，对四边都与梁整体连接的现浇板，规范允许对其弯矩设计值按以下几种情况进行折减：
⑴中间跨和跨中截面以及中间支座截面处，可减小20%
⑵边跨的跨中截面以及楼板边缘算起的第二个支座截面处，当＜1.5,时可减小20%；当1.5≤≤2.0时可减小10%，式中为垂直与楼板边缘方向板的计算跨度；为沿楼板边缘方向板的计算跨度。
⑶楼板的角区格不折减。
3.4抗震设防
建筑在设计时应满足当地的抗震设防烈度,对于重要的建筑物还要提高设防等级。因此结构布置应能抵抗地震来袭时的地震力。即应满足“三水准，两阶段”的基本抗震设防要求。
4　结束语
对框架的研究可以提高对框架结构性能的认识,使得结构具有良好的承载能力。钢筋混凝土框架结构虽然相对简单，但设计中仍有很多问题需要注意，只有熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，才能设计出既安全又经济适用的优秀作品。

参考文献：
[1]中华人民共和国建设部.GB50010-2002，混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2]东南大学、同济大学、天津大学.混凝土结构（中册）[V], 北京：中国建筑工业出版社.2005.
[3]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造[S]..北京：中国建筑工业出版社.2008.