框架结构设计研究文献综述

河北科技师范学院本科毕业设计文献综述框架结构设计研究院（系、部）名 称 ： 城市建设学院 专 业 名 称： 土木工程 学 生 姓 名： 刘飞 学 生 学 号： 0511080310 指 导 教 师： 宋志斌 2011 年 12 月 30 日河北科技师范学院教务处制文献综述框架结构设计研究摘要：随着科学技术的日新月异，框架结构在当代建筑中得到普遍应用。框架结构是由楼板、梁、柱及基础几种承重构件组成的，由主梁、柱与基础构成平面框架，各平面框架再由连续梁连接起来而形成的空间结构体系。本文描述了框架结构设计中的相关内容，并从设计中的要点问题、技术问题和施工现实问题，进行了相关的分析和讨论。关键词： 框架结构；设计内容；要点问题；技术问题；施工问题。Abstract：Then the ever-changing science and technology, contemporary architecture in the framework of universal application. Framework by floor, beams, columns and formed the basis of several load-bearing elements, the main beams, columns and constitute the basis of plane frame, the plane frame beam connected by the continuous formation of spatial structure system. This paper describes a framework for structural design related content, and the main points from the design issues, technical problems and practical construction issues, related analysis and discussion.Keywords:frame structure ,design elements of the technical ,key problem,content ofproblem ,construction problem。0前言近年来，我国建筑在结构设计工作中，逐步实现了与世界先进理念的接轨与融合，建筑结构的体系与模式也呈现出了多项发展的新形势。建筑平面布置与竖向体形也越来越复杂，给结构设计提出更高的要求。框架结构是由楼板、梁、柱及基础几种承重构件组成的，由主梁、柱与基础构成平面框架，各平面框架再由连续梁连接起来而形成的空间结构体系。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，其平面布置灵活，可适合多种工艺与使用功能的要求。1框架结构设计1.1 框架结构注意问题1.1.1 框架结构方案的构思（1） 简明的结构受力和传力。框架结构关系越简单，传力结构清晰。在荷载作用下，结构通过板梁柱流程传力，传力结构清晰有利于经济利用建筑材料。（2）在民用和公共建筑的柱网平面布局中，柱网应尽量按等距（纵、横） 布置，尽量减少边跨柱距，并充分利用连续梁的受力特点减少结构中的弯距。（3） 结构方案应结合建筑功能、工程地质情况等要求综合考虑。1.1.2 概念设计上着重注意的问题（1）强柱弱梁措施。强柱即使框架柱的抗弯和抗剪能力比梁的抗弯和抗剪能力强。柱子的破坏，大多是因剪压复合受力所致，多发生脆性破坏，脆性破坏大多是突然发生的，而强柱弱梁，可以延缓破坏时间，给人们以躲避和加固的时间。（2） 强剪弱弯措施：框架结构中的框架梁应注意抗剪验算和构造，使其满足相关规范要求。强剪弱弯是保证构件延性，防止脆性破坏的重要原则，加大各承重构件的抗剪承载力，使这些部位在结构经历罕遇地震的过程中保证不出现脆性剪切失效。（3） 注意构造措施。楼梯间的框架柱因楼梯平台梁与其相连，使得楼梯间柱成为短柱，因此应全长加密柱箍筋；外立面为带形窗框架结构，因设置连续窗过梁，使外框架柱成为短柱，应加强构造措施；对于框架结构长度略超过规范限值，建筑功能需要不允许留缝时，为减少有害裂缝，采用双向配筋补偿混凝土后浇带。1.1.3 基础设计中的基础连梁、地下框架梁和基础梁在框架基础结构设计中，很多设计新手很容易混淆这三个概念。也有人把所有的地下梁统称为基础梁。在这里我们把概念分析一下。在框架独立柱下基础设计时，在基础顶面附近或接近于±0.000 的位置设置双向的地下梁。设置此梁的目的一是为了提高基础整体性，调节上部结构的不均匀沉降，其二是用来承担框架底层的墙体。我们把它称为基础连梁，当基础埋置深度不是很大时，基础拉梁顶标高一般所用与基础顶齐平，基础拉梁的钢筋分别锚固于基础之内，计算模型是支承在基础上简支梁，而不是连续梁。为了使基础拉梁的实际受力符合计算模型，结构说明中常要求基础梁底架空(如要求先素土夯实，再铺炉渣300 厚，梁底留100 高空隙)；当基础埋置深度较大时，基础拉梁的顶面标高一般位于地坪下500，这样做的好处就是计算模型简单，可以把它当作一层框架由软件完成计算工作，还可以节省基础拉梁上的墙体。此时的基础拉梁在实际概念上应属于地下框架梁，其截面尺寸及配筋要求应同于楼面框架梁。而我们常称的基础梁，从结构分析角度来说，是起基础作用的，即承受地基反力的梁。如筏板基础中的基础梁，基础梁和基础底板共同承受地基反力，其计算模型我们则采用“倒梁楼盖法”， 基础梁的受力筋设置位置和楼面框架梁刚好相反。1.1.4框架结构梁柱截面尺寸的取值混凝土梁、板等楼面构件的裂缝数量和宽度控制在允许范围之内。保证填充墙、隔墙和幕墙等非我国的设计人员在大量的实际工程设计经验中，得出了框架梁柱截面尺寸大小的一般限值。柱的短边尺寸b 可近似取底层柱高的1/151/20。长边尺寸h 按(11.5)b 选用。框架梁截面高度h 可取L/8L/12，截面宽度b 一般为h/2h/3（L 为梁的跨度）。这是初步估计的截面尺寸。进行高层建筑的框架结构设计时， 因为由于框架柱所受的轴向压力较大，柱的截面尺寸还要根据轴压比限值进行假定,目的是为防止钢筋混凝土框架柱在高轴压状态下呈现脆性破坏。同时，建筑物层数多、高度大，为保证高层建筑具有必要的刚度，以保证结构的正常使用，还要控制其侧向位移量。在正常使用条件下，限制高层建筑结构层间位移的主要目的有两点：防止混凝土柱出现裂缝，同时，将结构构件的完好，避免明显损伤。这实际上也就是对柱横截面尺寸控制的一个指标。因为框架的抗侧移能力，主要取决于柱的侧移刚度，也就是说，柱截面尺寸初步定好之后，还要计算框架顶部的侧移量来验算柱的截面尺寸。在确定梁的截面尺寸时，须注意应使柱的线刚度与梁的线刚度的比值大于1。这是为了实现在地震作用下，让梁端形成塑性铰时，柱端仍可处于非弹性工作状态而没有屈服。也就是说，柱应在梁之后产生破坏，以保证结构整体在地震中不至于突然坍塌。即所谓的“强柱弱梁”。因此，梁、柱截面的尺寸既要满足延性要求，又要满足层间位移控制条件及相互刚度的协调性，这是设计阶段需慎重处理的一个问题。1.1.5框架结构楼梯的设置问题一般框架结构布置原则是：结构的平面布置，应尽可能比较规则整齐，平面内结构布置比较均匀，以便使建筑物分布质量产生的地震惯性力传递途径明确，并使质量分布与结构刚度分布均匀协调，防止质量与刚度之间的偏心过大，使其在结构受水平地震力时能协调工作，发挥整个结构耗散地震能量的作用；而在建筑物立面，也应尽可能使建筑结构布置比较均匀，避免刚度和传力途径的突变，以限制结构出现薄弱部位的提前破坏。楼梯作为建筑中主要的垂直交通设施之一，起着通行和疏散的功能，是建筑物不可或缺的一部分，但是因为楼梯间构件的位置及刚度和主要结构部分的差异，使之成为框架结构的薄弱部分。如何设计好楼梯间的构件，使我们要值得注意的问题。1.1.6框架结构梁柱的节点设计问题框架梁柱节点承受由梁端和柱端传递来的轴力、弯矩和剪力，受它们共同作用且受力状态复杂。因此节点要求具有足够的强度，以抵抗相邻构件承受的各种荷载保证整个结构体系坚固和安全可靠。框架结构设计的基本原则是“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“更强节点”的原则。“强剪弱弯”就是避免构件（梁、柱、墙）剪力较大的部位在梁端达到塑性变形能力极限之前发生非延性破坏， 即控制脆性破坏形式的发生。“更强节点”就是节点的承载力应大于梁端和柱端的承载力。节点区设计应遵循以下几个原则：节点区的强度应相对要大；节点区的钢筋应有足够的锚固长度和粘结性能；节点区的钢筋构造应尽量简单，以保证节点区混凝土的浇捣质量，使实际的受力情况符合设计要求。为此，规范规定，一、二级抗震等级的框架结构，因对其进行节点核心区的承载力设计；三、四级抗震等级的框架结构，其节点应符合规范的构造要求。1.2框架结构设计与计算1.2.1 框架结构的特点框架结构有以下的特点：框架结构的梁、柱间为刚性连接；梁端、边柱端多存在负弯矩，梁端仅考虑弯曲和剪切；柱端只考虑弯曲和压缩；框架结构选用超静定框架结构而不能采用“几何可变体系”的框架。框架结构计算时，首先要进行荷载组合，在竖向和水平荷载共同作用下，设计的控制因素是梁、柱变形所引起的侧向位移。框架结构的特点、结构受力使得结构方案的选择十分重要。1.2.2 计算简图的确定计算简图是计算模型及作用在结构上的荷载共同构成的。计算简图直接影响到计算结果的准确性。如果完全按照实际结构进行计算，必然会带来相当大的计算量，而且实践证明也没有必要。因此，就应进行计算模型简化。计算简图要反映实际结构的主要力学性能，尽可能与实际结构相吻合；根据计算手段不同，采用相应的计算简图。1.2.3 受力计算（1）荷载的计算：荷载包括外部荷载和内部荷载，上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。（2）构件的试算：根据计算出的荷载值，构造措施要求，使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来进行初步确定构件的截面。（3）内力的计算：根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算，包括弯矩，剪力，扭矩，轴心压力及拉力等。（4）构件的计算：根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。1.3 抗震框架结构计算参数选取为得到合适的结果，除有合理的结构方案、正确的结构计算简图外还应正确确定抗震设防烈度和场地类别、地震力的振型组合数和结构周期折减。1.3.1 结构的抗震等级一般工业、民用建筑，可根据烈度、结构类型和房屋高度按建筑抗震设计规范表6.1.2 确定抗震等级；而电讯、能源、消防和医疗等类建筑以及大型体育场馆、大型零售商场等公共建筑，应当首先确定其属于哪类建筑。乙、丙类建筑，地震作用均按本地区抗震设防烈度计算。对于乙类建筑，一般情况下，当抗震设防烈度为68 度时，抗震措施应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求。1.3.2 地震力的振型组合数对于多层建筑，当不考虑扭转耦联计算时，地震力的振型组合数至少应取3；当振型数多于3 时，宜取3 的倍数，但不应多于层数；当房屋层数2 层，振型数可取层数；对于不规则的建筑结构，当考虑扭转耦联时，振型数应9；结构层数较多或结构刚度突变较大时，振型数应多取，如结构有转换层顶部有小塔楼、属多塔结构等，振型