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摘要：结合笔者从事建筑结构设计的工作经验。以公司宿舍5层框架结构例，简要地概述了框架结构的布置，分析了框架结构的梁柱配筋以及变形缝的设置。最后，对框架结构设计过程中的一些问题进行了探讨。
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关键词：多层框架；结构设计；结构布置
Abstract: Combined the architectural structure with design work experience, as to the dormitory in 5 level frame structure as an example, this paper briefly summarizes the layout of the frame structure, and analyzes the frame structure of the beams and distortion seam reinforcement of settings. Finally, some of the design processes of the frame structure are discussed.
Key Words: multilayer frame; structure design; structure layout
中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：
引言
框架结构是由框架梁、柱、楼板等主要构件组成。其具有柱网布置灵活，便于获得较大的使用空间，延性较好，横向侧移刚度较小等特点。因此，框架结构适用需要大空间的、层数不宜太多、房屋的高度不宜太高的建筑。相比其他结构类型，在多层建筑中使用框架结构最为经济合理。本文就某多层现浇钢筋混凝土框架结构设计进行了简要的探讨。
工程概况
某公司宿舍楼，本工程总建筑面积3853.5平方米，结构类型为钢筋砼框架结构。建筑物总高度为21.9米，共5层。位于7度地震设防区。建筑首层平面图（1/2平面图），如图1所示。
图1首层平面图（1/2平面图）
框架结构布置
3.1结构布置原则
1）结构平面布置宜简单、规则和对称；2）建筑平面长宽比不宜过大，L/B宜小于6；3） 结构的竖向布置要做到刚度均匀而连续，避免刚度突变；4）建筑物的高宽比不宜过大，H/B不宜大于5；5）房屋的总长度宜控制在最大伸缩缝间距以内，否则需设伸缩缝或采取其它措施，以防止温度应力对结构造成的危害；6）在地基可能产生不均匀沉降的部位及有抗震设防要求的房屋，应合理设置沉降缝和防震缝。
3.2框架结构方案
框架结构是由若干个平面框架通过连系梁的连接而形成的空间结构体系。在这个体系中，平面框架是基本的承重结构，按其布置方向的不同，框架体系可以分为下列三种：1）横向框架承重方案。在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的横向布置。沿房屋的纵向设置板和连系梁；2）纵向框架承重方案。在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵向布置。沿房屋的横向设置板和连系梁；3）纵横向框架混合承重方案。在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵、横向布置。
3.3柱网尺寸及层高
民用建筑类型较多，功能要求各有不同，柱网及层高变化也较大，尺度一般较工业厂房为小。柱网和层高通常按300mm进级。
3.4框架梁及柱的截面配筋
1） 框架梁设计。梁的配筋计算包括正截面抗弯和斜截面抗剪配筋，一般按受弯构件进行。纵向受拉钢筋应满足配筋率及裂缝宽度的要求。纵筋的弯起和截断位置，应根据弯矩包络图确定；2）框架柱设计。框架柱属偏心受压构件，一般采用对称配筋，在中间轴线上的框架柱，按单向偏心受压考虑，边柱按双向偏心受压考虑，框架平面外尚按轴心受压构件验算。
3.5变形缝的设置
变形缝分为伸缩缝和沉降缝，在地震设防区还需按《建筑抗震设计规范》的规定设置防震缝。伸缩缝是为了避免温度应力和混凝土收缩应力使房屋产生过大伸缩变形或裂缝而设置的，伸缩缝仅将基础以上的房屋分开。沉降缝是为了避免地基不均匀沉降在房屋构件中产生裂缝而设置的，沉降缝必须将房屋连同基础一起分开。
在建筑物的下列部位宜设置沉降缝：① 土层变化较大处；② 地基基础处理方法不同处；③ 房屋在高度、重量、刚度有较大变化处；④ 建筑平面的转折处；⑤ 新建部分与原有建筑的交界处。沉降缝由于是从基础断开，缝两侧相邻框架的距离可能较大，给使用带来不便，此时可利用挑梁或搁置预制梁、板的方法进行建筑上的闭合处理，
框架结构设中相关问题的探讨
4.1梁柱截面的选择
承受主要竖向荷载的框架主梁，其截面形式在全现浇的整体式框架中以T形为多；在装配式框架中可做成矩形、T形、梯形和花篮形等。不承受主要竖向荷载的连系梁，其截面形式常用T形、Γ形、矩形、⊥形、L形等。 框架柱的截面形式一般为矩形或正方形。
梁截面尺寸可参考受弯构件来初步确定。梁高hb一般可取(1/10~1/18)lb(lb为梁的计算跨度），梁净跨与截面高度之比不宜小于4。梁的宽度bb=(1/2~1/3)hb，一般不宜小于200mm。选择梁截面尺寸还应符合规定的模数要求。
柱截面的宽度bc和高度hc一般取（1/15~1/20)层高。为了提高框架抗水平力的能力，矩形截面的hc/bc不宜大于3，柱截面的边长不宜小于250mm。
4.2梁截面的惯性矩
为了简化计算，在框架结构设计中通常作如下规定：1）对现浇楼面的整体框架，中部框架梁I=2I0；边框架梁I=1.5I0。其中I0为矩形截面梁的惯性矩；2）对整浇层的装配整体式框架，中部框架梁I=1.5I0；边框架梁I=1.2I0；3）对装配式楼盖，梁的惯性矩可按本身的截面计算，I=I0。
4.3框架结构的计算简图
框架结构是由横向框架和纵向框架组成的空间结构。为了简化计算，通常忽略它们之间的空间联系，而将空间结构体系简化为横向和纵向平面框架计算，并取出单独的一榀框架作为计算单元。在计算简图中，框架节点多为刚接，柱子下端在基础顶面，也按刚接考虑。杆件用轴线表示，梁柱的连接区用节点表示。等截面轴线取截面形心位置，当上下柱截面尺寸不同时，则取上层柱形心线作为柱轴线。
4.4框架上的荷载
多层结构房屋一般受到竖向荷载和水平荷载的作用。竖向荷载包括恒荷载、楼层使用活荷载、雪荷载及施工活荷载等。水平荷载包括风荷载和水平地震作用。
在设计住宅、宿舍、旅馆、办公楼等多层建筑的墙、柱和基础时，由于楼面活荷载在所有各层同时满载的可能性很小，所以作用于楼面上的使用活荷载应乘以相应规范规定的折减系数。
4.5水平荷载作用下侧移的计算
框架的侧移主要是由水平荷载引起，框架的侧移包括两部分：一是顶层最大位移，若过大会影响正常使用；二是层间相对侧移，过大会使填充墙出现裂缝。因而必须对这两部分侧移加以限制。框架结构在水平荷载作用下的侧移，可以看作是梁柱弯曲变形和柱的轴向变形所引起的侧移的叠加。
在水平荷载作用下框架结构层间相对侧移Δu的限值要求是：1)高度不大于150m的框架结构Δu≤h/550；2) 高度等于或大于250m的框架结构Δu≤h/500；3) 高度在150~250m之间的框架结构。按Δu≤h/550-Δu≤h/500线形插入。
4.6楼面活荷载的最不利布置
作用于框架结构上的竖向荷载包括恒荷载和活荷载。恒荷载是长期作用在结构上的荷载，任何时候必须全部考虑。在计算内力时，恒荷载必须满布。但是活荷载却不同，它有时作用，有时不作用。各种不同的布置就会产生不同的内力，因此应该由最不利布置方式计算内力，以求得截面最不利内力。可以不考虑活荷载不利布置，与恒荷载一样均按满布方式计算内力，从而使计算工作量大为减少。
现浇混凝土框架结构的构造要求
5.1连接构造要求
现浇框架的连接主要是指梁与柱及柱与柱之间的配筋构造。1）梁与柱连接。浇框架的梁柱节点，一般做成刚性节点；2）上下柱连接。上下柱的钢筋的连接宜采用焊接，也可采用搭接。 当柱每边钢筋不多于4根时，可在一个水平面上接头；当柱每边钢筋为5~8根时，可在两个水平面上接头；当柱每边钢筋为9~12根时，可在三个水平面上接头。下柱伸入上柱搭接钢筋的根数及直径应满足上柱要求。
5.2一般构造要求
1）钢筋混凝土框架的混凝土强度等级一般不低于C20，纵向受力钢筋宜采用HRB335和HRB400钢筋；2）框架梁柱截面尺寸除满足承载力要求外，还应保证结构有足够的整体刚性；3）框架梁柱应分别满足受弯构件和受压构件的各种构造要求；4）框架柱一般采用对称配筋，配筋率应满足规范要求。
结语
本文结合笔者从事建筑结构设计的工作经验以及某5层框架结构实例，提出框架结构的布置应当平面布置宜简单、规则和对称等布置原则，同时提出如何合理地设计框架结构的梁柱配筋以及变形缝的设置，就框架结构设计过程中的一些问题提出笔者的建议，为类似工程参考借鉴。
参考文献：
[1] 陈金泉，刘中伟，孙兰．多层宿舍框架结构设计实例[J]．陕西建筑，2008(04)：3～4.
[2] 张恒．框架结构设计参数选取与相关问题探索[J]．建筑技术，2009(5)：42～44.
[3] 吴综泽，周俊．框架结构设计初探[J]．广东土木与建筑，2010，31(06)：78～80.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。 |
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发表于 2018-7-16 16:28:42