混凝土框架结构设计要点

姜良金

摘要：框架结构是指由梁和柱以钢筋相连接而成，构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。框架结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用。

关键词：混凝土;框架结构

框架结构的主要优点有：空间分隔灵活，自重轻，节省材料;具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构;框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期;采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇筑成各种需要的截面形状。但同时，框架结构也有以下缺点：框架节点应力集中显著;框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破坏，吊装次数多，接头工作量大，工序多，浪费人力，施工受季节、环境影响较大;不适宜建造超高层建筑，框架是由梁柱构成的杆系结构，其承载力和刚度都较低，特别是水平方向的（即使可以考虑现浇楼面与梁共同工作以提高楼面水平刚度，但也是有限的），它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，其总体水平位移上大下小，但相对于各楼层而言，层间变形上小下大，设计时如何提高框架的抗侧刚度及控制好结构侧移为重要因素。

一、工程概况

其建筑规模为：建筑面积为5532m2;一共六层，其中建筑高度是19m;1到6层的层高均为3m，室内外高差1m。其结构形式为：框架结构。其所处地区气象条件为：基本风压：0.45kN/m2，基本雪压：0.50kN/m2。其所处地区地质条件：地下水位：土层和地下水对混凝土和混凝土内的钢筋及钢结构等没有腐蚀性。

二、结构布置与结构选型

结构布置要遵循以下原则：布置要尽可能匀称;结构的受力要明确;承重隔墙宜采用轻质材料;构件类型、尺寸百的规格要尽量减少。

结构选型要遵循以下原则：适应建筑功能的要求 对于有些公共建筑，其功能有视听要求，如：体育馆为复保证较好的观看视觉效果，比赛大厅内不能设柱，必须采用大跨度结构;大型超市为满足购物的需要，室内空间具有流动性和灵活性，所以应采用框架结构;满足建筑造型的需要 对于建筑造型复杂、平面和立面特别不规则的建筑结构选型制，要按实际需要在适当部位设置防震缝，形成较多有规则的结构单元;充分发挥结构自身的优势 每种结构形式都有各自的特点和不足，有其各自的适用范围，所以要结合建筑设计的具体情况进行结构选型;尽可能降低造价。

三、梁柱尺寸估算及一榀框架的选取

1.框架梁截面尺寸估算

截面高度按计算跨度的1/12～1/8确定;截面宽度按截面高度的1/3～1/2确定，且不宜小于200mm;

2.框架柱截面尺寸，按下面两式确定：

q：折算出的楼层单位面积上的均布荷载值;

S：框架柱负载范围;

N：柱轴向压力;

n：验算截面以上的总楼层数;

μ：规范允许的轴压比，按0.75取值;

A：框架柱截面面积。

3一榀框架的选取：

尽量规则，能够体现出结构受力的特点和特性。

四、竖向荷载计算

1.计算楼板恒荷载和活荷载;

2.板传荷载计算：将荷载等代成矩形，再计算弯矩

3.梁线荷载计算：板传荷载+梁荷载+梁粉刷

4.柱纵向集中荷载的计算：板传荷载+梁荷载+梁粉刷+墙荷载

五、水平荷载内力计算

风荷载位移验算框架在风荷载作用下的内力计算采用D值法。

地震荷载计算首先计算结构基本自振周期结构，基本周期的计算采用的是顶点位移法。然后对水平地震及層间剪力进行计算，一般采用底部剪力法进行计算水平地震作用。然后完成水平地震的层间位移验算。最后对选取的一榀框架进行水平地震作用的的框架内力分析。

六、竖向荷载内力计算

先计算恒载杆端弯矩，进行恒载杆端弯矩分配，之后进行恒载跨中弯矩计算、恒载杆端剪力计算和恒载杆端内力计算;再计算活载杆端弯矩，进行活载杆端弯矩分配，之后进行活载跨中弯矩计算、活载杆端剪力计算和活载杆端内力计算。

七、内力组合

内力组合是把各种工况下的结构（各构件）的内力按一定规律（叠加或组合），找出各构件的最不利内力以供构件的设计计算。譬如对框架柱分别进行最大轴力下最大弯矩、最小弯矩;最小轴力下最大弯矩、最小弯矩等.其目的就是为了找出各构件的最不利内力。

因为在结构设计的时候，从上面提到的最大内力出发.我们知道内力有多种，比如弯矩、轴力、剪力等.因此在设计时应根据截面控制的需要选择最不利的控制内力。

八、梁柱配筋计算

1.梁正截面配筋计算

梁正截面配筋计算时负弯矩可以按照矩形截面设计，正弯矩则按照梯形截面设计。

2.梁斜截面配筋计算

梁斜截面先进行截面尺寸验算，然后根据构造进行配筋。

3.柱正截面配筋计算

柱柱正截面配筋通常采用对称配筋，弯矩采用柱上下端的最大值。根据框架柱轴压比及剪跨比进行验算，然后对框架柱进行配筋计算。

4.柱斜截面配筋计算

柱斜截面配筋计算首先验算柱截面尺寸，然后对斜截面承载力进行计算，按照构造进行配筋。

九、板的计算、楼梯设计及地基基础设计

板的计算，首先试判断选取板的类型，然后进行荷载统计，最后对板的配筋进行计算。楼梯设计首先进行梯段板设计，然后进行平台板计算和平台梁计算。地基基础设计，先确定基础底面尺寸，再验算基础高度，之后进行基础底板配筋计算

十、总结

混凝土框架结构是多层建筑中常见的结构型式，它大多采用现浇式，具有刚度大、整体性和抗震性较好等特点，能很好满足使用要求。结构在相当长的使用时期内需要承受设备、人群等使用荷？d，经受风、雪、冰、雨、日照或土压力、地震等环境荷载的作用，它们安全可靠与否，不仅影响到人们的财产安全，而且还常常关系到人身安危。

参考文献：

[1] 混凝土结构设计规范（GB50010-2010）. 北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2] 建筑结构荷载规范（GB 50009-2012）. 北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3] 地基基础设计规范（GB 50007-2011）. 北京：中国建筑工业出版社，2011.

[4] 建筑设计防火规范（GB 50016-2014）. 北京：中国计划出版社，2014

[5] 建筑制图标准（GB/T 50105-2011）. 北京：中国计划出版社，2011

[6] 建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）. 北京：中国建筑工业出版社，2010.

（作者单位：临沂大学土木工程与建筑学院）