综述建筑工程中框架结构与设计

摘要：本文主要以建筑工程中框架结构的构造理论为基础,简要分析了研究办公建筑设计的特殊性。从建筑设计、结构设计等方面综述了框架结构设计的基本原理、重要原则和设计方法。

关键词: 建筑工程;结构;构造;设计

1 建筑工程中框架结构体系

在建筑工程中，框架结构的体系是以由梁、柱组成的框架并作为竖向承重和抵抗水平作用的结构体系。框架结构是由梁和柱连接而成，梁、柱连接处通常为刚性连接，也可为铰接连接。当为铰接连接时通常称之为\"排架结构\"，排架结构大多用于工业建筑的厂房。

框架结构分类：①框架结构按施工方法的不同，分为：1)全现浇式框架。全现浇式框架的承重构件梁、板、柱等均在现场绑扎、支模、浇筑、养护而成，其整体性和抗震性都非常好。缺点是现场工程量大，模板耗费多，工期较长。2)半现浇式框架。半现浇式框架指梁、柱为现浇，板为预制的结构形式。由于楼板采用预制，因此减少了混凝土的浇筑量，节约了模板，降低了成本，但其整体性及抗震性能不如全现浇式框架，应用比较少。3)装配式框架。这种框架的构件由构件预制厂预制，在现场进行焊接装配，具有节约模板、工期短、便于机械化生产、改善劳动条件等优点。但其构件的预埋件多，用钢量大，房屋整体性差，不利于抗震，因此在抗震设防地区不宜采用。4)装配整体式框架。装配整体式框架兼有现浇式和装配式框架的一些优点，应用较为广泛但节点处现场浇筑混凝土施工复杂。②框架结构按承重方式可分为：1)全框架结构。全框架结构具有较好的整体性和抗震性。2)内框架结构。这种结构的房屋由于钢筋混凝土与砖两种不同材料弹性模量不同，两者刚度及在荷载作用下的变形不协调，所以房屋整体性和总体刚度都比较差，抗震性能差，震害较多层砖砌体房屋为重，对有抗震要求的房屋不宜采用。3)底层框架结构。这种结构是因为底层建筑需要较大的平面空间而采用框架结构，上层为降低造价，仍用混合结构。这类结构的房屋上刚下柔，抗震性能差，但其具有较好的经济性，且能满足上层房间中不凸柱等美观要求。这种结构在中小城镇中对底层为商用门面，上部为住宅的多层建筑使用非常广泛。

2 框架结构设计原则

2.1 框架结构设计 框架结构设计包括框架柱设计和梁格设计两个方面。

2.1.1 框架柱的设计应满足以下几个方面的要求 ①柱网设计应满足建筑功能的要求。在住宅、旅馆等民用建筑中，柱网设计应与建筑隔墙设计相协调，一般常将柱子设在纵横墙交叉点上，以尽量减少柱网对建筑使用功能的影响。②柱网设计应规则、整齐、间距适中、传力体系明确、结构受力合理。框架结构在承受竖向荷载的同时承受水平荷载，且其只能承受自身平面内的水平力，因此，应沿建筑物的两个主轴方向设置框架。柱网的尺寸还受到梁跨度的限制，一般梁跨度在 6-9m。③柱网设计应便于施工。结构设计应考虑施工方便，以加快施工进度，降低工程造价。设计时应尽量考虑使构件尺寸模数化、标准化，尽量减少构件的规格，柱网设计时应尽量使梁、板设计简单、规则。

2.1.2 梁格设计 按楼面竖向荷载传递路线的不同，框架的设计方案有横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架共同承重三种。①横向框架承重方案。横向框架承重方案是在横向设计框架承重梁，在纵向设计连系梁。横向框架处在建筑短向，跨数较少，主框架梁沿横向设计，梁截面加大有利于提高建筑物的横向抗侧刚度;而纵向则往往跨数较多，其刚度较大，这样设计有利于使结构在纵横两方向的刚度更趋接近，使结构受力更合理。因此，宜优先采用横向框架承重方案。②纵向框架承重方案。纵向框架承重方案是在纵向设计框架承重梁，在横向设计连系梁。纵向框架承重方案的缺点是房屋的横向抗侧刚度较差，当为大开间柱网且房屋进深较小时采用。这种方案受力不合理，设计中较少采用。③纵横向框架共同承重方案。纵横向框架共同承重方案是在纵横两个方向上均需设计框架承重梁以承受楼面荷载。纵横向框架共同承重方案具有较好的整体工作性能，框架柱均为双向偏心受压构件，为空间受力体系，因此，也称之为空间框架。该方案应用较广泛。

2.2 框架结构适用高度设计 根据国内外大量震害调查和工程设计经验，为了达到既安全又经济合理的要求，多层与高层钢筋混凝土建筑高度不宜太高。在水平荷载作用下，框架的变形或弯矩与框架的层数有极大的关系，框架层数越多，产生的水平位移越大，框架的内力也随层数的增加而迅速增长。层数超过一定程度时，水平荷载产生的内力远远超过竖向荷载产生的内力，这时，水平荷载对设计起主要控制作用，而竖向荷载对设计已失去了控制作用，框架结构的优越性就不能表现出来，层数越多，越不优越。从强度方面来看，由于建筑层数和高度的增加，竖向荷载和水平荷载产生的内力都要相应加大，特别是水平荷载产生的内力增加得更快。因此，当建筑高度达到一定数值后，在框架内将产生相当可观的内力。从刚度方面来看，随着建筑高度增加，高宽比也逐渐增大，在水平荷载的作用下，框架结构本身柔性较大，水平位移就成为重要的控制因素。因此，当建筑层数较高时，如果要满足其强度和刚度要求，则框架下面几层的梁、柱截面尺寸就会增大到不经济甚至不合理的地步。

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