框架设计十篇

框架设计篇1

关键词：钢框架震害节点设计衬板

1．前言

1994年1月17日发生在美国加州圣费南多谷地的北岭地震（NorthridgeEarthquake）和正好一年后1995年1月17日发生在日本兵库县南部地区的阪神地震(Hyogoken-NanbuEarthquake)是两次陆域型强震，都导致了焊接钢框架梁-柱附性连接节点的广泛破坏。震后两国进行了大量的调查和研究，揭示了破坏的原因，在此基础上提出了改进钢框架节点设计的技术措施。两国在此期间都发表了不少论文，所作的讨论开拓了人们的眼界，提供了对钢框架的节点设计的更多了解，对今后钢框架节点设计有深远的影响。我们受中国建筑科学研究院抗震所委托，对有关资料进行了搜集、整理和归纳，现将其主要内容在此作一介绍。

2．美日两国钢框架节点的破坏情况

两国钢框架破坏情况的报导，主要集中在梁柱混合连接节点上，因此本文也以梁柱混合连接为主要对象。混合连接是一种现场连接，其中梁翼缘与柱用全熔透坡口对接焊缝连接，梁腹板通过连接板与柱用高强度螺栓连接。美国惯常采用焊接工字形柱，日本则广泛采用箱形柱，仅在一个方向组成刚架时采用工字形柱。在梁翼缘连接处，工字形柱腹板上要设置加劲肋(美国称为连续板)，在箱形柱中则要设置隔板。

美、日两国梁杠混合连接节点的典型构造。在节点设计上，两国都采用弯矩由翼缘连接承受和剪力由腹板连接承受的设计方法，美国还规定，当梁翼缘承受的弯矩小于截面总弯矩的70％或梁腹板承受的弯矩大于截面总弯矩的30％时，要将梁腹板与连接板的角部用角焊缝焊接。日本则规定腹板螺栓连接应按保有耐力即框架达到塑性阶段时的承载力设计，螺栓应设置2-3列，也是为了考虑腹板可能承受的的弯矩。梁翼缘处的柱加劲肋，美国过去根据传力的需要由计算确定，其截面较小。日本根据构造要求采用，其截面较大。

2.1美国北岭地震后对刚框架节点破坏的调查

从70年代以来，美国采用高强螺栓联接钢框架已很普遍，北岭地震后出现破坏的有100多幢[3](有的报导说90多幢[7]、150多幢[1]或200多幢[5])。为了弄清破坏的原因，北岭地震后不久，在美国联邦应急管理局(FEMA)资肋下，有加州结构工程协会(SEAOC)、应用技术研究会(ATC)和加州一些大学的地震工程研究单位(CU)等组成了被称为SAC和联合动机构，对此开展了深入调查和研究，以便弄清破坏原因和提出改进措施。

美国的钢框架梁-柱连接，在50年代多采用铆钉连接，60年代逐步改用高强度螺栓连接。为了评估栓焊混合连接的有效性，曾进行过一系列试验，这种由翼缘焊缝抗弯和腹板螺栓连接抗剪的节点，美国以前规定其塑性转角应达到O．015rad(≈1／65)，但大量试验表明，塑性转角的试验结果很离散，且出现了早期破坏，总的说来性能很不稳定。北岭地震前，德州大学教授Engelhardt就曾对这种连接在大震时的性能产生疑问，指出在大震时要密切注意，对它的的设计方法和连接构造要进行改进[7]。

北岭地震证实了这一疑虑，为此SAC通过柏克莱加州大学地震工程研究中心(EERC)等4个试验场地，进行了以了解震前节点的变形响应和修复性能为目的的足尺试验和改进后的节点试验。对北岭地震前通常做法的节点及破坏后重新修复节点的试验表明全部试验都观察到了与现场裂缝类似的早期裂缝，试验的特性曲线亦与以前的试验结果相同，梁的塑性转动能力平均为0.05弧度，是SAC经过研究后确定的目标值0．03弧度的1／6，说明北岭地震前钢框架节点连接性能很差，这与地震中的连接破坏是吻合的。而且破坏前没有看到或很少看到有延性表现，与设想能发展很大延性e6钢框架设计意图是违背的。焊接钢框架节点的破坏，主要发生在梁的下翼缘，而且一般是由焊缝根部萌生的脆性破坏裂纹引起的。裂纹扩展的途径是多样的，由焊根进入母材或热影响区。一旦翼缘坏了，由螺栓或焊缝连接的剪力连接板往往被拉开，沿连接线由下向上扩展。最具潜在危险的是由焊缝根部通过柱翼缘和腹板扩展的断裂裂缝。从破坏的程度看，可见裂缝约占20-30％，大量的是用超声波探伤等方法才能发现的不可见裂纹。裂纹在上翼缘和下翼缘之间出现的比例为1：5-1：20，在焊缝和母材上出现的比例约为1：10到1：100。一般认为，混凝土楼板的组合作用减小了上翼缘的破坏，也有人认为上翼缘焊缝根部不象下翼缘那样位于梁的最外侧，因此焊根中引起的应力较低，减少了上翼缘破坏的概率[1]。

美国斯坦福大学Krawinkler教授对北岭地震中几种主要连接破坏形式作了归纳，由下翼缘焊缝根部开始出现的这样或那样的破坏，最多的是沿焊缝金属的边缘破坏，另有沿柱翼缘表面附近裂开的剥离破坏，也有沿腹板板切角端部开始的梁翼缘断裂破坏，或从柱翼缘穿透柱腹板的断裂破坏。

北岭地震虽然没有使钢框架房屋倒塌，也没有因钢框架节点破坏引起人身伤亡，但使业主和保险公司支付了大量的修复费用。仅就检查费用而言，不需挪动石棉时为每个节点800-1000美元，需挪动石棉时为每个节点1000-2000美元，对于有石膏抹灰和吊顶的高级住宅，每个节点达2000-5000美元，修复费用更高211。更重要的当然是对过去长期沿用的节点在抗震中的安全问题提出了疑问，必须认真研究和解决。

2．2日本贩神地震后对钢框架节点破坏的调查

阪神地震后，日本建设省建筑研究所成立了地震对策本部，组织了各方面人士多次参加的建筑应急危险度和震害的调查，民间有关团体也开展了各类领域的震害调查，但因钢结构相对于其它结构的震害较少，除新发现了钢柱脆断或柱脚拔起外，钢框架节点的破坏主要表现在扇形切角(scallop)工艺孔部位，但因结构体被内外装修所隐蔽，一般业主、设计或施工人员对此震害调查不太积极，对钢框架系统震害的调查遇到一定困难。仅管如此，日本学者还是就腹板切角工艺孔方面的问题进行了探索，如日本建筑学会结构连接委员会和钢材俱乐部等单位，专就工艺孔破坏状态等问题作了系统深入的研究。

日本对于混合连接的研究，早在1978年以后的石油危机中，就曾利用建筑处于低潮机会结合自屏蔽电弧焊的出现和应用，系统地开展过。进入90年代后，随着高层、超高层和大跨度钢结构建筑的增多，梁柱截面增大，若采用过去的梁悬臂段形式，由于运输尺寸上的限制，悬臂长度大致不能超过1m；另一方面，由于梁翼缘板厚增大，拼接螺栓增多，结果梁端至最近螺栓的距离只有500mm左右，截面受到很大削弱，对保证梁端塑性变形很不利。这样，在大型钢结构工程中，现在较多采用梁与柱的混合连接。图1是采用箱形柱时的混合连接示意图梁翼缘与箱形柱隔板直接焊接[7]。

日本在美国北岭地震前不久，曾对此种连接进行了试验研究，结果表明，梁端翼缘焊缝处的破坏几乎都是在梁下翼缘从扇形切角工艺孔端开始的，没有看到象在美国试验中和地震中出现的沿焊缝金属及其边缘破坏的情况，通过试验和版神地震观察到的梁端工艺孔处的裂缝发展情况。

日本钢材俱乐部研究了扇形切角工艺孔带衬板及底部有焊缝的两种节点试验。

美、日两国钢框架在地震中的梁柱节点破坏形式是有区别的，北岭地震中的裂缝多向柱段范围扩展，而阪神地震中的裂缝则多向梁段范围发展。对两国节点破坏情况的这种差异与其与构造差异的关系，还有待进一步探讨。

3．节点破坏原因与分析

北岭地震后，美日两国学者就节点破坏原因，通过现场调查、室内试验和现场检验，进行了结构响应分析、有限元分析、断裂力学分析等，还作了很多补充试验，结合震前研究，对节点破坏原因提出了一些看法。首先认为节点破坏与加劲板、补强板腹板附加焊缝等的变动，并没有什么直接关系，也并不是仅由设计或施工不良所能说明的，而是应从节点本身存在根本性缺陷方面去找原因。有以下几方面因素，被认为是决定和和影响节点性能而导致了破坏。

3．1焊缝金属冲击韧性低[3]转美国北岭地震前，焊缝多采用E70T-4或E70T-7自屏蔽药芯焊条施焊，这种焊条提供的最小抗拉强度480MPa，恰帕冲击韧性无规定，试验室试件和从实际破坏的结构中取出的连接试件在室温下的试验表明，其冲击韧性往往只有10-15J，这样低的冲击韧性使得连接很易产生脆性破坏，成为引发节点破坏的重要因素。在北岭地震后不久所作的大型验证性试验，对焊缝进行十分仔细的操作，做到了确保焊接质量，排除了焊接操作产生的影响。焊缝采用E70T-4型低韧性焊条，尽管焊接操作的质量很高，连接还是出现了早期破坏，从而证明了焊接缝金属冲击韧性低,是焊接破坏的因素之一。

3．2焊缝存在的缺陷[3]

对破坏的连接所作调查表明，焊接质量往往很差，很多缺陷可以看出明显违背了规范规定的焊接质量要求，不但焊接操作有问题，焊缝检查也有问题。很多缺陷说明，裂缝萌生在下翼缘焊缝中腹板的焊条通过孔附近，该处的下翼缘焊缝是中断的，使缺陷更为明显。该部位进行超声波检查也比较困难，因为梁腹板妨碍探头的设置。因此，主要的连接焊缝中由于施焊困难和探伤困难出现了质量极差的部位。上冀缘焊缝的施焊和探伤不存在梁腹板妨碍的问题，因此可以认为是上翼缘焊缝破坏较少的原因之一。

3．3坡口焊缝处的衬板和引弧板造成人工缝[4]

实际工程中，往往焊接后将焊接衬板留在原处，这种做法已经表明，对连接的破坏具有重要影响。在加州大学进行的试验表明，衬板与柱翼缘之间形成一条未熔化的垂直界面，相当于一条人工缝，在梁翼缘的拉力作用下会使该裂缝扩大，引起脆性破坏。其它人员的研究也得出相同结果。

1995年加州大学Popov等所作的试验，再现了节点的脆性破坏，破裂的速度很高，事前并无延性表现，因此破坏是灾难性的。研究指出,受拉时切口部位应力最大，破坏是三轴应力引起的，表现为脆性破坏，外观无屈服。他们还通过有限元模拟计算，得出最大应力集中系数出现在梁缘焊接衬板连接处中部，破坏时裂缝将从应力集中系数最大的地方开始,此一结论已为试验所证实。研究表明：大多数节点破坏都起源于下部衬板处。引弧板同样也会引发裂缝。

3.4梁翼缘坡口焊缝出现的超应力[3]

北岭地震后对震前节点进行的分析表明，当梁发展到塑性弯矩时,梁下翼缘坡口焊缝处会出现超高应力。超应力的出现因素有：当螺栓连接的腹板不足以参加弯矩传递时，柱翼缘受弯导致梁翼缘中段存在着较大的集中应力；在供焊条通过的焊接工艺孔处，存着附加集中应力；据观察，有一大部分剪力实际是由翼缘焊缝传递，而不是象通常设计假设的那样由腹板的连接传递。梁翼缘坡口焊缝的应力很高，很可能对节点破坏起了不利影响。Popov[4]采用8节点块体单元有限元模拟分析发现，节点应力分布的最高应力点，是在梁的翼缘焊缝处和节点板域，节点板域的屈服从中心开始，然后向四周扩散。岭前进行的大量试验表明,当焊缝不出现裂纹时，节点受力情况也常常不能满足坡口焊缝近处梁翼缘母材不出现超应力的要求。日本利用震前带有工艺孔的节点，在试验荷载下由应变仪测得的工艺孔端点翼缘内外的应变分布，应变集中倾向出现在翼缘外侧端部，内侧则在工艺孔端部，最大应变发生在工艺孔端点位置上.应变集中的原因,不仅大于工艺孔造成的不连续性，还在于工艺孔部分梁腹板负担的一部分剪力由翼缘去承担了，使翼缘和柱隔板上产生了二阶弯曲应力。这些试验与分析均指出，今后对节点性能的改进，不仅应改善焊缝，而且还应降低梁翼缘坡口焊缝处的应力水平。

3．5其它因素[3]

有很多其它因素也被认为对节点破坏产生潜在影响，包括：梁的屈服应力比规定的最小值高出很多；柱翼缘板在厚度方向的抗拉强度和延性不确定；柱节点域过大的剪切屈服和变形产生不利影响；组合楼板产生负面影响。这些影响因素可能还需要一定时间进行争论,才能弄清楚

4．改进节点设计的途径

4．1将塑性铰的位置外移

在北岭地震之前，美国UBC和NEHRP两本法规对节点设计的规定，都是根据在柱面产生塑性铰的假定提出的。由于在北岭地震中发现梁在柱面并没有产生塑性变性，却出现了裂缝。切口处的破坏是由三轴应力引起的，从而导致了脆性破坏。过去采用的焊接钢框架节点标准构造，不能提供可靠的非弹性变形。试验表明，其节点转动能力不超过O．005rad，大大小于SAC建议的最小塑性转动能力0．03rad。另一方面，从受力情况看，塑性铰出现在柱面附近的梁上，还可能在柱翼缘的材料中引起很大的厚度方向应变，并对焊缝金属及其周围的热影响区提出较高的塑性变形要求，这些情况也可能导致脆性破坏。因此，为了取得可靠的性能，最好还是将梁柱连接在构造上使塑性铰外移。将塑性位置从柱面外移有两种方法，一种是将节点部位局部加强，一种是在离开柱面一定距离处将梁截面局部削弱。钢梁中的塑性铰典型长度约为梁高的一半，当对节点局部加强时，可取塑性铰位置为距加强部分的边缘处梁高的1／3。节点局部加强固然也可使塑性铰外移，但应十分注意不要因此出现弱柱，有背强柱弱梁的原则。

也有一部分专业技术人员认为，在构造上采取某些措施仍可使塑性铰出现在柱面附近，这些措施包括限制构件的截面，控制梁柱钢材的有关强度，使母材和焊缝金属有足够的冲击韧性，在节点构件上消除缺口效应等。但是由于没有足够的研究来肯定这些建议，使得这种建议在美国迟迟未能落实。而将塑性铰自柱面外移的建议，试验已表明是可行的和行之有效的。目前，美国对节点局部加强及梁截面减弱，都已提出了若干构造方案。实际上，将梁截面减弱使塑性铰外移的方法，早在北岭地震以前即有学者提出过，北岭地震后又作了研究，在技术上己较成熟[4]，从近期在美国盐湖城建造的25层办公楼中采用的犬骨式(dog-bone)连接，就可以看到它的构造细节。目前，美国虽未提出今后在抗震框架中推荐采用何种节点形式，但从实际情况看，上述犬骨式连接已成为主导形式[3]。因它制作方便、省工，由美国公司设计的我国天津国贸大厦钢框架中也已采用了这种节点形式。

日本阪神地震后，没有象美国采用将塑性铰外移的方案。日本1996年发表的《钢结构工程技术指针》和1997年发表的《钢结构技术指针》JASS6等，仅提出了钢框架梁柱连接节点的构造改进形式，对节点构造特别是扇形切角工艺孔作了不少规定，目的也是消除可能出现的裂缝，保证结构的非弹性变形。也就是说，日本与美国分别采用了不同的避免脆性破坏的途径。

4.2梁冀缘焊缝衬板缺口效应的处理

在北岭地震前，美国钢框架节点施工中，通常将衬板和引弧板焊接后留在原处，这种做法，如前所述存在缺口效应，会导致开裂，现在则在焊后将下翼缘的衬板和引弧板割除，同时对焊缝进行检查[11]。正如前面曾指出的，在下翼缘的焊缝中部由于焊条通过切角困难，焊接和探伤操作都要被迫中断，通常存在缺陷，割除衬板后可以目视观察，从而减少在此部位不易查看到的裂纹。衬板和引弧板可用气刨割除后再清根补焊，但费用较高，操作不慎还可能伤及母材。研究表明，衬板也可不去除，而将衬板底面边缘与柱焊接，缺点是无法象去除衬板后能对焊缝进行仔细检查。

由于上翼缘焊缝处衬板的缺口效应不严重，而且它对焊接和超探也没有妨碍，出于费用考虑，割除上翼缘衬板可能不合算，如果将上翼缘衬板边缘用焊缝封闭，试验表明并无利影响，因此美国现时做法是上翼缘衬板仍然保留并用焊缝封口。

坡口焊缝的引弧板，在上下翼缘处通常都切除，因为引弧和灭弧处通常都有很多缺用气切切除后还需打磨，才能消除潜在的裂缝源。

在消除衬板的缺口效应方面，日本是非常重视的。在阪神地震后发表的技术规定中,对采用H型钢梁、组合梁，以及采用组合梁时梁预先焊接或与衬板同时装配，不论是否切角，均采用衬板，对其构造包括引弧板，分别作了详细规定。

4．3扇形切角构造的改进[8][9]

在日本阪神大地震中，由于扇形切角工艺孔的端部起点存在产生裂缝的危险，是否设置形切角以及如何设置，已成为关系到抗震安全的一项重要问题。日本震后发表的技术规范中，对扇形切角的设置也提出一系列规定，包括不开扇形切角和开扇形切角两大类，并规定扇形切角可采用不同形状；对于柱贯通形和梁贯通形节点分别规定了不同的构造形式。柱贯通型节点的扇形切角形式有两种，其特点是将扇形切角端部与梁翼缘连接处圆弧半径减小，以便减少应力集中。日本早就研究不设扇形切角以提高梁变形能力的方案，在最近公布的技术规定中，根据目前的焊接技术水平已将此种方案付诸实施[8][9]。

4．4选用有较高冲击韧性的焊缝[2][6]

如前所述，焊缝冲击韧性不足会引起节点破坏。那么焊缝究竟要有多大的冲击韧性才能防止裂纹出现呢?美国提出，焊缝的恰帕冲击韧性(CVN)最小值取-29℃时27J(相当于-200F时20ft-1bs)是合适的，可以发展成为事实上的标准。在最近美国的实际工程中，采用E71T-8型和E70TG-K2型焊条的普通手工焊电弧焊已表明焊缝最小冲击韧性可满足上述要求，而采用E7018型药芯焊条的''''贴紧焊''''焊缝冲击韧性值更高，但都必须按AWS规定的焊接和探伤方法操作。

4．5将梁腹板与柱焊接[3]

美国SAC在采用犬骨式连接时建议：将以往的腹板栓接改为焊接，用全熔透坡口焊缝将梁腹板直接焊在柱上或通过较厚连接板焊接。在北岭地震前，就已有很多研究指出腹板焊接比栓接性能好，它能更好地传力，从而减小梁冀缘和翼缘坡口焊缝的应力。日本在阪神地震前的研究也已指出，梁端腹板用高强度螺栓连接时，与焊接相比抗弯能力变小，塑性变形能力有明显差异，但在日本新规定中尚未看到与美国提出的相类似的要求。

5.美、日节点构造的比较、根据美、日钢框架梁-柱节点构造及震后的改进情况，可以看到下列差异

1)美国认为梁端不能产生塑性变形，采取了将塑性铰外移的基本对策，提出将节点局部加强或将梁局部削弱的方法，虽然目前尚无定论，但从实际发展情况看，因削弱梁截面的方法省工、效果好，已在某些工程中采用。但日本却没有采用将塑性铰外移的方法，而是采取在原构造的基础上消除裂缝的病灶的方法。

2)两国都注意到了梁翼缘坡口焊缝的焊接衬板边缘存在的缺口效应所带来的严重后果，在北岭地震和阪神地震后都采取了相应对策。美国SAC建议，下翼缘焊缝的衬板宜割除，然后清根补焊；考虑上翼缘焊缝缺陷一般较少，受力条件较有利以及费用等原因，可对衬边缘用焊缝封闭。而日本则对H型钢梁和焊接组合梁(包括梁先焊好和梁与衬板同时装配两种情况)以及节点为柱贯通型或梁贯通型时衬板的设置，作了详细规定。

3)美国在梁腹板端部衬板通过处采用矩形切角(端部呈半圆形)，而不象日本采用圆弧形切角，由于腹板受弯矩较大时将连接板与腹板焊接，从有关震害情况报导看，没有发现这种形式的切角引发多少裂缝。日本为消除梁端扇形切角端部的应力集中，作出一系列规定，包括不作扇形切角、梁腹板用直线切剖不设扇形切角的方法以及允许采用不同形式的切角等，如在与梁翼缘连接处将曲率半径变小和采用类似美国采用的切角形式。

4)美日两国都规定，节点按翼缘连接受弯矩和腹板连接受剪力的要求设计。美国附加规定了当梁翼缘的受弯承载力小于截面受弯承载力的70％或梁腹板受弯承载力大于截面受弯承载力的30％时，在柱连接板角部应将梁腹板与连接板焊接。日本过去在梁端混合连接中，采用弯矩由翼缘连接承受，剪力由腹板连接承受的设计方法，螺栓一般配置一列。在94年的文献[5]中指出，"现在该处的连接必需满足保有耐力连接的条件，考虑腹板高强螺栓连接也要部分地承受弯矩，要求布置2列到3列，与以前的连接相比，抗弯承载力储备提高了，这是结构设计上的一个特点。"这些都是北岭和阪神地震前的情况，震后基本上没有改变。只是北岭地震后，美国建议将梁腹板直接与柱焊接或与连接板焊接，以便减小梁翼缘焊缝处的焊缝应力，日本则尚无此规定。5)与梁翼缘对应位置的柱加劲肋(美国叫做连续板)，日本一贯规定应比对应的梁翼缘厚度大一级，认为这是关键部位，为此多用一点材料是很值得的。美国过去根据传递梁翼缘压力的需要确定，考虑一部分内力由柱腹板直接传递，加劲肋厚度显著小于梁翼缘厚度。而且曾有一些设计规定，例如可取厚度等于梁翼缘厚度的一半。有的文献认为，太厚了可能产生较大残余应力，最好用试验确定。北岭地震中，有些加劲肋屈曲了，有的学者己提出改为与梁翼缘等厚的建议。

6)美国强调焊缝冲击韧性的重要性，规定了节点翼缘焊缝的冲击韧性指标，严格焊接工艺的探伤要求。日本一贯重视焊接质量，还没有看到在这方面有什么新的规定。

7)美国认为，钢材屈服点高出标准值较多是钢框架震害的重要原因之一，这也许在美国特别突出。美国钢材屈服点超过标准值很多，过去就有报导，如低碳钢A36的屈服强度可高达48ksi，抗拉强度可高达701Csi，它使连接实际要求的承载力大大提高，当按设计不能满足时，就要出现破坏。根据美国型钢生产商研究会所作调查和建议，AISC于97年规定将框架连接计算中的强度增大系数由过去的1.2提高到1.5(对A36)和1.3(对A572)，其它钢号仍保留1.2，强柱弱梁条件式中柱的抗弯承载力也作了相应提高。

6．我国采取的对策

我国早期的高层建筑钢结构基本上都是国外设计的，我国的设计施工规程是在学习国外先进技术的基础上制订的。由于日本设计的我国高层钢结构建筑较多，我国的设计、制作和安装人员对日本的钢结构构造方法比较熟悉，设计规定特别是节点设计，大部分是参照日本规定适当考虑我国特点制订的，部分规定吸收了美国的经验。美国北岭地震和日本阪神地震后所发表的报导，对我们有很大启示，在我国抗震规范中对高层钢结构的节点设计拟提出如下建议：

1)将梁截面局部削弱，可以确保塑性铰外移，这种构造具有优越的抗震性能。根据美国报导，梁翼缘削弱后可将受弯承载力降至0．8Mp，因钢材用量要增多，结合我国情况作为主要形式推广将难以接受，可将此方案列入了条文说明，必要时可参考采用。

2)参考日本新规定，将混合连接上端扇形切角的上部圆弧半径改为10-15mm，与半径35mm的切角相接；同时，规定圆弧起点与衬板外侧焊缝间保持10-15mm的间隔，以减小焊接热影响区的相互影响。至于日本采用的不开切角以及直通式不设切角的构造，因为我们没有经验，不敢贸然采用，有持今后对其性能进行验证后再作取舍。

3)在消除衬板的缺口效应方面，考虑割除衬板弄得不好会伤及母材，且费用较高，故采用角焊缝封闭衬板边缘的方法。上翼缘衬板影响较小，暂不作处理。下翼缘衬板边缘建议用6mm角焊缝沿下翼缘全宽封闭。因仰焊施工不便，角焊缝最多只能做到6mm；为了更好地消除缺口效应，应要求焊沿翼缘全宽满焊。

4)在翼缘焊接腹板栓接的混合连接中，按照弯矩仅由翼缘连接承受和剪力仅由腹板连接承受的原则设计时，在某些情况下是不安全的，因为当腹板的截面模量较大时，腹板要承受一部分弯矩。抗震规范修订草案除规定腹板螺栓连接应能承受梁端屈服时的剪力外，还规定当梁翼缘截面模量小于梁截面模量70％时，腹板螺栓不得少于2列，每列的螺栓数不得少于采用一列时的数量。

5)我国在梁翼缘对应位置设置的柱加劲肋，从一开始就注意到了日本的经验，规定了与梁翼缘等厚，北岭地震表明这样规定是适合的。

6)翼缘焊缝的冲击韧性要满足-30℃时27J的要求，这种试验我国过去没有做过，对于我国钢结构制作单位是否可以做到，需待调查后再确定是否列入。

这时要附带说明，美国SAC的有关规定是适用于美国3、4类地区，大体相当于7度强、8、9度地区，我国6度地区可适当放宽。新晨：

框架设计篇2

关键词： 框架结构结构设计 设计原则 设计措施

中图分类号：S611文献标识码： A

前言：框架结构是由横梁和立柱组成的杆件体系，节点全部或大部分为刚性连接。框架结构是最常见的竖向承重结构，具有以下优点：结构轻巧，整体性比砖混结构和内框架承重结构好，可形成大的使用空间。由于框架结构多是由梁柱结构组成的，这种结构体系中对于建筑工程整体性和结构抗风性能有着极为良好的作用与优势，因此就需要我们在框架结构设计中对其进行深入全面的分析，从而确保工程质量的顺利持续进行。

一、框架结构设计

1.1无地下室的多层框架房屋

随着近年来社会生产技术的飞速发展，高层建筑结构在目前的社会发展中应用范围越来越广泛，其设计过程中对基坑设计与工程质量设计都提出了新的标准与要求。在当前的建筑工程项目中，建筑结构的设计是工程项目的重点。其中基础工程的埋置深浅对于整个工程项目而言都有着极为关键的作用与效果。在设计中，建筑结构设计是通过以现有的工程实际情况、安全等级以及设计标准为基础进行设计的。随着近年来框架建筑结构应用的不断增多，多层房屋建设中对于梁柱多以刚接和框架结构为主，其在底层设计中是需要结合楼板楼盖为主的设计模式，这种设计工作通常都是一种综合性的设计。

在设计的过程中，对于一些基础埋置较浅的房屋设计，为了增加和提高房屋的整体性和安全性，通常都是以周边基础梁为主的一种设计模式。一般来说，在这种设计工作中都是以基础设计为主，以装配式施工模式作为主要的设计标准和工作管理方式，从而为设计工作的顺利进行提供科学的理论依据。同时在设计工作中，对于周边的基础连系梁还需要进行稳定性检测，确保设计标准和设计力度能够满足现代化社会的发展要求，更要确保梁体结构在工作中能够发挥其应有的优势。

1.2带有地下室的框架结构设计

对于带地下室的多层框架结构，合理确定上部结构的嵌固位置是一个关键问题。地下室结构或采用箱型基础时，可将地下室顶作为框架上部结构的嵌固位置，在利用PKPM软件进行设计时，楼层总数仅输入地下室以上的实际层数，底层的层高H取实际层高。地下室结构或者采用筏板式基础时，嵌固位置最好取在基础顶面。此时，利用电算进行楼层组合时，总层数应为实际的楼层数加上地下室的层数。

二、框架结构设计原则与相关措施

在目前的建筑工程项目中，框架结构是一种最为常见的建筑结构体系，其在施工设计的过程中是全凭梁柱结构共同构成的一种综合性承重体系，这种承重体系是利用梁柱结构的系统性和共同性来抵抗相关的水平荷载与竖向荷载的一种工作模式。在这种工作模式中。这种框架结构体系的应用给建筑结构的施工与建设提供了良好的理论依据，也为工程建设事业的顺利发展指明了新的道路和发展方向。

2.1设计原则

在设计的过程中，抗震原则是框架结构设计的首要原则，这也可以说是目前各类工程项目中都必须面临和应对的一种热点话题。尤其是自汶川地震以来，地震造成的社会影响与人员伤亡触目惊心，使得社会各界人士在工程建设中对于房屋抗震设计都提出了新的要求。因此来说，在目前的设计工作中，做好相关的抗震设计就十分必要，这对于确保建筑结构整体安全性十分有效。同时对于雨棚在设计中，需要进行系统全面的处理与总结，要能够确保各种工程项目在设计工作中都能够发挥出其应有效能。

2.2设计措施

(1) 基础宽度和面积的计算

在计算基础宽度和面积时，往往由于力学模型不明确或考虑问题不周详，导致基础宽度或面积不足。如墙体上作用有较大集中力的情况，当墙体上有较大的集中力作用时，通过墙体和基础可将集中力向地基扩散，但这种扩散是有一定范围的，且基底土反力并不均匀分布。若设计时用该集中力除以墙段长度得到的平均线荷来确定基础宽度，则导致局部基础宽度不足。因此，必须加大基础宽度以满足地基承载力的要求。通常采用局部调整系数调整基础宽度的方法解决此类问题。目前常用的框架结构空间分析计算软件都是以整幢楼的梁、柱整体参加工作进行计算分析的，对部分梁而言，尽管相交梁截面尺寸不同，相互之间却不存在主、次梁关系，设计人员在绘制施工图时，应注意配筋形式与受力分析相匹配。同时建筑师要求结构工程师在当前施工和设计中将这个模式和分析情况作为综合的设计心理和设计模式进行管理与控制。结合当前社会发展措施对框架结构进行严格分析，异性框架加工形式已成为当前建筑结构设计中广受人们欢迎的形式之一。

(2) 钢筋混凝土保护层厚度的取值

混凝土保护层的作用是保护钢筋不发生锈蚀，并保证钢筋的粘结锚固性能，直接影响构件的耐久性和钢筋的受力性能，但由于设计人员的不重视，常会出现以下问题：①梁或柱中，只注意到主筋的保护层厚度，而忽略了箍筋的保护层厚度，造成箍筋外露或保护层厚度不足；②主梁与次梁交叉处、主梁、次梁和板的钢筋关系处理不明确，造成板负筋保护层厚度不足或构件有效截面高度损失，直接影响到构件的安全性；③地上部分与地下部分的柱子因所处的环境条件不同，根据规范要求，应采取不同的保护层厚度。

(3) 在框架结构设计中，注意纵向框架设计

现行建筑抗震设计规范要求水平地震作用应按两个主轴方向分别计算，各方面的地震和用应由该方向的抗侧力构件来承担。说是说，在框架结构设计中，纵向框架与横向框架有同等的重要性。一些结构设计者对于非抗震设计，而纵向地按普通的连续梁进行设计，梁柱的节点和框架中的纵筋、箍筋的配置无法符合框架的构造要求。由于没有考虑地震的纵向作用，在实际设计中经常出现梁的支座负筋，跨中纵筋及箍筋的配筋置均不足的现象。

三、框架柱配筋的调整

框架柱的配筋率一般都很低，有时电算结果为构造配筋，但是实际工程中均不会按此配筋。因为在地震作用下的框架柱，尤其是角柱，所受的扭转剪力最大，同时又受双向弯矩作用，而横梁的约束又较小，工作状态下又处于双向偏心受压状态，所以其震害重于内柱，对于质量分布不均匀的框架尤为明显。

因此应选择最不利的方向进行框架计算，另外也可分别从纵、横两个方向计算后比较同一侧面的配筋，取其较大值，并采用对称配筋的原则。为了满足框架柱在多种内力组合作用下其强度要求，在配筋计算时应注意以下问题:

（1）角柱、边柱及抗震墙端柱在地震作用组合下会产生偏心受拉时，其柱内纵筋总截面面积应比计算值增大25%；

（2）框架柱的配筋可放大1.2～1.6倍，其中角柱1.4倍，边柱1.3倍，中柱1.2倍；

（3）框架柱的箍筋形式应选用菱形或井字形，以增强箍筋对混凝土的约束；

（4）对于二、三级框架的底层柱底和底部加强部位纵筋宜采用焊接，且当柱纵向钢筋的总配筋率超过3%时，箍筋的直径不应小于Φ8，并应焊接。

另外多层框架电算时常不考虑温度应力和基础的不均匀沉降，当多层框架水平尺寸和垂直尺寸较大以及地基软弱土层较厚或地基土质不均匀时，可以适当放大框架柱的配筋，且宜在纵、横两个方向设置基础梁，其配筋不宜按构造设置，应按框架梁进行设计，并按规范《混凝土结构设计规范GB50010-2002》要求设置箍筋加密区。

框架设计篇3

关键词：框架，设计，梁，地震，建筑

框架结构建筑是指以钢筋混凝土浇捣成承重梁柱，再用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材隔墙分户装配成而的建筑。此类建筑适合大规模工业化施工，效率较高，工程质量较好。框架结构由梁柱构成，构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都较低，它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，楼层越高，水平位移越慢，高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力时，现浇楼面也作为梁共同工作的，装配整体式楼面的作用则不考虑，框架结构的墙体是填充墙，起围护和分隔作用。

1.建筑框架结构设计要求

设计过程中应该关注楼面梁和屋面梁之间的差异，屋面梁必须要做好防水处理。结合建筑专业知识进行，以保证结构设置上的合理性，保证建筑的功能、外观均达到理想的状态。对于结构设计必须要保证其结构形式的完整性，在相关组织构建上给予足够的重视。对结构详图应该在尺寸上严格控制，钢筋小样明确，标高、平面位置给予把握。建立双向梁柱刚接体系，有时根据具体需要可以将部分的框架梁设置于别的框架梁上。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。

柱强于梁的幅度大小取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小，以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布和动力特征的相应变化。由于某些原因造成梁或过梁等截面较大时，应验算构件的最小配筋率，尽量使框架梁、柱的混凝土之间的等级差为1级；当采用井字梁时，梁的自重大于板自重，梁自重不可忽略不计；周边一般加大截面的边梁；当建筑布局很不规则时，结构设计应根据建筑布局做出合理的结构布置，并采取相应的构造措施；当地下水位很高时，暖沟应做防水。一般可做u型混凝土暖沟，暖气管通过防水套管进入室内暖沟。

2.多层钢筋混凝土框架结构设计要点

多层钢筋混凝土框架结构是一种由梁和柱以刚接或铰接相连接成承重体系的房屋建筑结构。设计人员应该全面理解设计意图和设计要求，看懂容懂图纸的每项内容，按图纸施工的要求，对图纸设计中存在的问题通过会审加以解决，对其遗误交易纠正，是保证施工质量的前提。

多层钢筋混凝土框架结构的楼面梁和屋面梁的不同，屋面梁要有防水的翻边处理。在设计结构详图时，要跟建筑专业密切配合，力争结构合理，直观美观，尺寸明确，钢筋小样明确，标高和平面位置明确定位。在结构详图中要特别注意构造最小配筋率的要求和分布钢筋的布置。

钢筋混凝土框架结构由水平承重体系与楼盖和屋盖连接形成空间的整体结构体系。其中各平面钢筋混凝土框架结构形成竖向承重体系，它们承受由楼盖和屋盖传来的竖向和水平荷载并再传给地基基础。根据设计要求和施工人员的技术素质状况和施工经验，经批准实施的新工艺、新材料、新结构等，必须认真进行技术交底。明确各项工艺参数指标、操作方法、质量要求和检测办法，并认真的加以实施。

楼板的结构体系常用的有双向板和单向板两种。一般情况下，可通过次梁使楼板尽量成为双向板结构，这样可以使整体受力更加合理，配筋也更加均匀，楼板厚度也可以比单向板要薄一些。

3.结构计算数值要点

3.1频发地震的验算

在选择抗震验算方法时，需要结合相关的参数指标进行，不同的楼盖、布置则决定了选择刚性、刚柔、柔性理论等相关理论进行计算。在验算过程中要区分土地类别，选取正确的设计基本地震加速度值，这一项对地震作用效应的影响极大。《建筑抗震设计规范》中规定：抗震设防烈度为7度时，设计基本地震加速度值分别为0.1g和0.15g两种，抗震设防烈度为8度时，设计基本地震加速度值分别为0.2g和0.3g两种，8度超过5层有条件时必须添加剪力墙，这样能优化框架结构的抗震性能。

3.2框架侧移刚度计算

对梁柱线刚度进行计算，获得不同层次的D值，根据最终的数据辨别其是否属于规则框架，并对框架纵横两个方向分别计算处理。计算自振周期T1=(0.6或0.7)×1.7×sqrt(Ut)

而带屋面局部显著的房屋Ut并非突出层位移，则为主体结构顶点位移，需要把突出层重力荷载折算到主体结构的顶层。

3.3风荷载的弹性位移验算

在框架结构的验算中需要结合相关的方法，把获得的分布风荷载以静力等效为原则进行转化，将其转变成楼面处的集中荷载，这样能够方便内力计算。根据水平集中风荷载计算内力及位移来检验能否达到层间位移及顶点位移需要。若不符合要求，则要重新修改调整梁柱截面尺寸强度，需对纵横向框架内力位移分别计算。

结束语：建筑行业的不断发展和普及，面临的问题也日益增多，因而对建筑造型和建筑功能的要求更加严格，框架结构的基本设计关系到建筑物的稳定性，决定着项目的投资能否成功，与人们的日常生活质量息息相关，为了完善使建筑框架设计，需要遵守规范，选好原材料并进行人员培养等工作，大胆灵活的解决一些结构方案上的难点、重点，从而更好的发挥其控制房屋建筑工程质量的作用。

参考文献：

[1] 朱华. 钢结构的围护技术研究[J].中国建筑金属结构，2009

框架设计篇4

关键词：PKPM 框架-剪力墙 剪力分配 延性

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

中共晋江市委党校新校区建设项目位于晋江市行政中心，面向世纪大道，毗邻城市展馆，背靠罗裳山，占地面积70.5亩，按功能需求分成教学综合区、行政办公区、会议中心区、生活服务区、体育休闲区、绿化停车区等6个功能区，总建筑面积7.3万多平方米。中共晋江市委党校教工宿舍楼总建筑面积1487平方米，地上建筑面积13393平方米，地下建筑面积1468平方米。其中地上十二层，地下一层。地下室层高5.4米，1~3层层高5m，以上各层层高3.9m，结构总高53m。抗震设防烈度7度，0.15g，Ⅲ类场地，100年重现期基本风压0.90KN/m2，地面粗糙度为B类。

主体结构选型及剪力墙的布局

本工程地下室至3层为长方形，三层以上为L形，由于建筑立面开窗比较多且大，四周剪力墙布置受到限制，且电梯井及楼梯的布局不对称，所以结构设计难度比较大。采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙的结构形式。框架——剪力墙结构中，剪力墙的布置和用量是由框架、剪力墙的爱力特征并结合建筑物的功能、布置来决定的。影响剪力墙的因素主要有以下几个主面加以考虑：①剪力墙 的用量与框剪结构的平面布置有关。剪力墙是框架——剪力墙的主要抗侧力构件，一般按照“均匀、对称、分散、周边”的原则布置，横向剪力墙宜均匀对称设置在建筑物的端部附近、楼、电梯间、平面形状弯化处及恒载较大的地方，纵向剪力墙宜布置在单元的中间区段内，纵横向剪力墙宜布置成L形、T形和口字形等。②剪力墙的用量与结构自振周期密切相关。结构自振周期承随剪力墙刚度增大而变短。③剪力墙用量与结构地震大小直接相关。结构总水平地震作用随剪力墙刚度的增大而加大，且剪力墙布置过多，会使结构刚度过大，从而加大了地震效应，对结构也是不合理、不经济的。

框架柱倾覆弯矩及0.2Q0调整系数

框架——剪力墙结构中框架柱倾覆弯矩及计算。根据《高规》8.13规定，框架——剪力墙结构在基本振型地震作用下，若框架部分承担的地震倾覆力矩大于总地震倾覆力矩的50%,其框架部分的抗震等级应按框架结构确定，柱轴压比限值按框架结构采用。

本工程 WV02Q.OUT文件见表1数据得出：框架部分承担的地震倾覆力矩小于总地震倾覆力矩的50%,计算符合要求。

我们来看一下本工程底层柱承担的倾覆弯矩（KN·m）及地震剪力（KN）：

对于框架剪力墙结构，一般剪力墙的刚度很大，剪力墙吸收了大量的地震力，而框架部分所承担的地震力较小。根据《抗规》第6.2.13条规定，侧向钢度沿竖向分布基本均匀的框架——剪力墙结构，任一层框架部分的地震剪力，不应小于结构底部总地震剪力的 20%和按框架——剪力墙结构分的框架部分各楼层地震剪 力中最大企1.5倍二者的较小值。侧向刚度沿可以看出，是一个合理的结构选型，此时外框柱剪力尚需做进一步内力调整以满足二道防线的承载力要求。

提高结构抗震性能的措施

框剪结构多用于10～25层左右的商住楼，根据工程设计实践，这一类层数的房屋自振周期大都在0.7～1.7s，与某些地区的地震卓越周期较接近。如1985年墨西哥太平洋岸的8.1级地震，共有164幢6～20层的房屋倒塌，其中倒塌率最高是10～15层的建筑，而5层以下和25层以上的破坏较轻。当楼层多于14层时，地震力的大小和破坏率都有一个明显的陡然增大的趋势。因此，采取一些经济实用的方法来改善框剪结构的抗震性能，提高结构的可靠度就显得尤为必要。结构控制理论为多种建 (构 )筑物的抗震设计提供了一条有效可行的新途径。框剪结构兼具了框架布置灵活、延性好和剪力墙刚度大的优点，因此框剪结构是一种抗剪性能较好的体系。但由于剪力墙和框架的层间位移角弹性极限相差很远，抗震性能较差，所以采取以下措施改善框剪的抗震性：①将剪力墙做成四周有梁柱的带边框墙。过框可阻止斜裂缝向相邻发展，还可在墙板后作承重构件代替墙板承重且有一定延性。②控制每肢墙的高宽比，必要时可设结构洞口或结构竖缝使变成双肢墙或多肢墙，可控制裂缝和屈服部位出现在结构竖缝和洞口边梁处，形成耗能机构，同时使原剪力墙一分为二，刚度降低，避免发生剪切破坏和底部墙体过早屈服③剪力墙的刚性连梁，。而试验表明：当连梁的跨高比为5时，延性和耗能很好，连梁两端相对竖向位移的延性系数都在 8以上，滞回曲线也相当饱满；当跨高比降至 1时，延性系数则降至 3左右，滞回曲线严重捏扰，耗能很小，最后弯剪破坏。④加强框架的角柱，角柱是连结纵横框架的枢纽，要增加框架结构的整体性，已要加强角柱的抗剪性能。、⑤沿周圈框架平面按K形支撑和X形支撑布置一定数量的钢筋砼抗剪墙板或配筋砌块抗剪墙板，能有效克服框架的剪力滞后现象，显著提高框架的整体性和抗推刚度，减少结构的整体侧移，特别有利于减小层间侧移。但这种结构的延性较差，因此，可以在墙板上开十字形结构竖缝使之出现薄弱部位，形成延性耗能墙板。

从层间位移角曲线图可以看出，由于楼屋面梁剪力对相连接竖向构件弯曲变形的抑制，结构层间位移角从下往上先逐渐增大，至一定高度后，则逐渐减小。整体曲线光滑无突变，结构刚度沿竖向变化均匀，计算所得最大层间位移角比规范要求略有富余。由此可见，整个结构受力比较均匀合理。

4. 楼梯影响

汶川地震后，让大家注意到楼梯对整体结构的影响，《抗规》6.1.15指出：“楼梯构件与主体结构整浇时，应计入楼梯构件对地震作用及其效应的影响”。

楼梯对结构的影响主要体现在其斜撑作用，通过将楼梯作为斜杆（斜板）模拟计算可知，其弹性侧向刚度相对框架结构是不可忽略的，对结构计算指标影响也很大。但是在楼梯间四周有钢筋混凝土剪力墙围合的结构（如框架-核心筒）计算中，其弹性侧刚度的影响是可以忽略的。但实际地震时，楼梯的弹塑性性能究竟如何，尚没有明确的结论，还需要不断研究。

5.结语

对于结构工程师而言，一个优秀的作品并不仅仅是在正常使用状况下的结构安全，更重要的是如何做到让结构“大震不倒”，这才是我们应该追求的最高境界。关于这一点，很多前辈给我们做了示范，比较典型的如林同炎大师设计的美洲银行，在马那瓜罕遇强震中，昂然不倒，楼立墟群，这也可以说是概念设计的胜利。因为地震从本质上讲并非一个力，而是一个能量概念，也就是说要求结构必须具备足够的耗散地震能量的能力。

对于框架-剪力墙结构，我们要认清结构的受力特性，着手做好剪力墙、框架柱的布置方案，设置多道抗震防线，框架与剪力墙起到了很好的互补作用，从整体上保证力流的简洁、顺畅。不能一开始就只是看到配筋，看计算结果的红不红，若如此，即使配筋做的再精细，实则本末倒置。

参考文献：

[1] 建筑抗震设计规范GB50011-2010. 中国建筑工业出版社，2010 .

[2] 高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010 中国建筑工业出版社.

[3] 李国强，李杰. 建筑结构抗震设计. 中国建筑工业出版社.

框架设计篇5

关键词：框架结构；抗震设计

Abstract: the current frame structure is a common structure form, frame structure, although relatively simple, but the design is still a lot of problems that need attention, only skilled master specification, and has good concept structure, in order to create a safe and economic application of excellent works.

Keywords: frame structure; seismic design

中图分类号： TU973+.31 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

框架结构住宅是指以钢筋混凝土浇捣成承重梁柱，再用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材隔墙分户装配成而的住宅。适用于大规模工业化施工，效率较高，工程质量较好。框架结构由梁柱构成，构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都较低，它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，楼层越高，水平位移越慢，高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力，这时，现浇楼面也作为梁共同工作的，装配整体式楼面的作用则不考虑，框架结构的墙体是填充墙，起围护和分隔作用，框架结构的特点是能为建筑提供灵活的使用空间，但是抗震性能较差。

一、建筑震害等级划分

根据1990年建设部颁布的《建筑地震破坏等级划分标准》，钢筋混凝土框架房屋按地震后的破坏成都划分为五级：

（1）基本完好：框架柱、梁完好；个别墙体与柱连接处开裂。

（2）轻微损坏：个别框架柱、梁轻微裂缝；部分墙体明显裂缝；出屋面小建筑明显破坏。

（2）中等破坏：部分框架柱轻微裂缝或个别柱明显裂缝；个别墙体严重裂缝或局部酥碎。

（4）严重破坏：部分框架柱，主筋压屈、混凝土酥碎、崩落；部分楼层倒塌。

（5）倒塌：房屋框架残留部分不足50%。

框架结构的结构体系传力路径比较清晰，容易保证质量，结构的抗震性能能够比较准确的预测和设计，但是由于材料本身的限制，使得这类结构的抗震性能通常较弱，在较大地震灾害中容易发生破坏。

二、框架结构的抗震设计原则

根据工程中框架结构地震破坏的形式、抗震规范规定以及实际中累积的抗震经验总结了一些抗震设计需要注意的问题与原则，如下：

（1）抗震验算时不同的楼盖及布置（整体性）决定了采用刚性、刚柔、柔性理论计算 。抗震验算时应特别注意场地土类别。8度超过5层有条件时，尽量加剪力墙，可大大改善结构的抗震性能。框架结构应设计成双向梁柱刚接体系，但也允许部分的框架梁搭在另一框架梁上。应加强垂直地震作用的设计，从震害分析，规范给出的垂直地震作用明显不足。

（2）雨蓬不得从填充墙内出挑。大跨度雨蓬、阳台等处梁应考虑抗扭。考虑抗扭时，扭矩为梁中心线处板的负弯距乘以跨度的一半。

（3）框架梁、柱的混凝土等级宜相差一级。

（4）由于某些原因造成梁或过梁等截面较大时，应验算构件的最小配筋率。

（5）出屋面的楼电梯间不得采用砖混结构。

（6）框架结构中的电梯井壁宜采用粘土砖砌筑，但不能采用砖墙承重。应采用每层的梁承托每层的墙体重量。梯井四角加构造柱，层高较高时宜在门洞上方位置加圈梁。因楼电梯间位置较偏，梯井采用混凝土墙时刚度

很大，其它地方不加剪力墙，对梯井和整体结构都十分不利。

（7）建筑长度宜满足伸缩缝要求，否则应采取措施。如：增大配筋率，通长配筋，改善保温，铺设架空层，加后浇带等。

（8）柱子轴压比宜满足规范要求。

（9）当采用井字梁时，梁的自重大于板自重，梁自重不可忽略不计。周边一般加大截面的边梁。

（10）过街楼处的梁上筋应通长，按偏拉构件设计。

（11）电线管集中穿板处，板应验算抗剪强度或开洞形成管井。电线管竖向穿梁处应验算梁的抗剪强度。

（12）构件不得向电梯井内伸出，否则应验算是否能装下。电梯井处柱可外移或做成L型柱。

（13）验算水箱、电梯机房及设备下结构强度。水箱不得与主体结构做在一起。

（14）当地下水位很高时，暖沟应做防水。一般可做U 型混凝土暖沟，暖气管通过防水套管进入室内暖沟。有地下室时，混凝土应抗渗，等级S6或S8，混凝土等级应大于等于C25，混凝土内应掺入膨胀剂。混凝土外墙应注明水平施工缝做法，一般加金属止水片，较薄的混凝土墙做企口较难。

（15）采用扁梁时，应注意验算变形。

（16）突出屋面的楼电梯间的柱为梁托柱时，应向下延伸一层，不宜直接锚入顶层梁内，并且托梁上铁应适当拉通。错层部位应采取加强措施。女儿墙内加构造柱，顶部加压顶。出入口处的女儿墙不管多高，均加构造柱，并应加密。错层处可加一大截面梁，上下层板均锚入此梁。

（17）等基底附加压力时基础沉降并不同。

（18）应避免将大梁穿过较大房间，在住宅中严禁梁穿房间。

（19）当建筑布局很不规则时，结构设计应根据建筑布局做出合理的结构布置，并采取相应的构造措施。如建筑方案为两端较大体量的建筑中间用很小的结构相连时（哑铃状），此时中间很小的结构的板应按偏拉和偏压考虑。板厚应加厚，并双层配筋。

（20）较大跨度的挑梁下柱子内跨梁传来的荷载将大于梁荷载的一半。挑板道理相同。

（21）挑梁、板的上部筋，伸入顶层支座后水平段即可满足锚固要求时，因钢筋上部均为保护层，应适当增大锚固长度或增加10d的垂直段。

三、框架结构方案构思时应考虑以下几点

（一）结构的传力路线应简捷明了。在荷载作用下，结构的传力路线越短、越直接，结构的工作效能越高，所耗费的建材也就越少。

（二）从力学观点看，在民用和公共建筑的平面布局中，应当尽量使柱网按开间等跨和进深等距(或近似于等距)布置，这样可以相应减少边跨柱距，也可以充分利用连续梁的受力特点以减少结构中的弯距，可以使各跨梁截面趋于一致，而提高结构的整体刚度。

（三）结构方案还应结合工程地质情况和建筑功能要求综合考虑。

四、结构的类型

优先采用现浇式框架和装配"整体式框架，避免采用全装配式框架。由于地震作用的任意性，框架两个主轴方向都可能受到地震作用。因此，抗震框架应设计成双向刚接框架，不得采用横向为框架，纵向为铰接排架的结构体系。加强楼盖的整体性，在高烈度（8度以上）区，应采用现浇楼面结构。在采用装配"整体式楼盖时，宜采用叠和梁，与楼面现浇层结合为一体，采用预制预应力楼板时，可将板缝拉开，放入适量钢筋灌成小肋，后浇面层厚度一般不小于 50mm,内配一层双向钢筋网￠4-6@200。

五、结构的布置

平立面布置宜均匀、对称。柱网布置要简单规整, 合理布置填充墙。框架中砌筑填充墙加大了结构刚度。在楼层平面和竖向，填充墙的布置应尽可能做到均匀对称。同时还要考虑到某些填充墙拆除的可能，以及某些墙有意外倒塌的可能。

六、防震缝

由于建筑体型的多样化，复杂和不规则的结构是难免的。用防震缝将结构分段，是把不规则结构变为若干较规则结构的有效方法。多次震害表明，防震缝处的建筑装饰在小震时就宜遭到破坏。要满足罕遇地震时的变形要求，则防震缝很大，将给立面处理及构造带来较大的困难，或由于设缝后使结构段过柔，带来碰撞和失稳的破坏。因此，一般应通过采用合理的平面形状和尺寸，尽量不设防震缝。对于特别不规则的建筑，质量和刚度分布相差悬殊的建筑，必须设防震缝时应考虑有足够的缝宽。当地基土质较差时，除应考虑结构变形外，还应考虑不均匀沉降引起基础转动的影响，防震缝两侧楼板宜位于同一标高，防止楼板相撞使柱子破坏。

七、结束语

框架结构是现行一种较为普遍的结构形式，构筑方便简单，但是抗震性能不良，因此实际工程中要注意运用提高框架结构抗震性能的设计方式，并做到严格按照设计进行施工，保证材料与施工的质量，最大化的提高框架结构的抗震等级，减少地震中受损害程度。

参考文献

李旭亮, 田丰. 建筑工程框架结构设计. 中国新技术产品.2010, No.8, pp145.

框架设计篇6

关键词： 结构 框架 设计

一、框架结构设计原则

1．刚柔并济

合理的建筑结构体系应该是刚柔相济的。结构太刚则变形能力差，强大的破坏力瞬间袭来时，需要承受的力很大，容易造成局部受损最后全部毁坏；而太柔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全体倾覆。结构是刚多一点好，还是柔多一点好?刚到什么程度或柔到什么程度才算合适呢?笔者认为刚多点使工程不经济，造成造价过高，而且应变能力差。柔多一点虽然造价便宜但是必然产生变形以适应外力，太柔的结果必然是太大的变形.甚至会导致立足不稳而失去根本。这些问题历来都是专家们争论的焦点，现今的规范给出的也只是一些控制的指标，但无法提供精确答案。

2．多道防线

安全的结构体系是层层设防的，灾难来临，所有抵抗外力的结构都在通力合作，前仆后继。这时候，如果把“生存”的希望全部寄托在某个单一的构件上，是非常非常危险的。如土建结构中多肢墙比单片墙好，框架剪力墙比纯框架好等等，就是体现了多道防线的设计思路。

3．抓大放小

在框架结构体系中具有“强柱弱粱”、“强剪弱弯”等的说法也是钢结构设计中非常重要的概念。有人问：为什么不是“强柱强梁”“强剪强弯”呢?为什么所有构件都很强的结构体系反而不好，甚至会有安全隐患呢?这里面首先包含着一个简单的道理：绝对安全的结构是没有的。简单地说，虽然整个结构体系是由各科，构件协调组成一体，但各个构件担任的角色不尽相同，按照其重要性也就有轻重之分。一旦不可意料的破坏力量突然袭来，各个构件协作抵抗的目的，就是为了保住最重要的构件免遭摧毁或者至少是最后才遭摧毁，这时候牺牲在所难免，让谁牺牲呢?明智之举是要让次要构件先去承担灾难。“宁为玉碎，不为瓦全”，如果平均用力，可能会“玉石俱粉”，损失则更大矣!在钢框架结构中，柱倒了，粱会跟着倒；而梁倒了，柱还可以不倒的。可见柱承担的责任比梁大，柱不能先倒。为了保证柱是在最后失效，我们故意把梁设计成相对薄弱的环节，使其破坏在先，以最大限度减少可能出现的损失。如果梁柱等同看待，企图让他们都“坚不可摧”，则可能会造成同时破坏，后果会更糟糕，损失会更大。 所以关键时刻要分清主次，抓大放小，也就是要取大舍小。有舍才有得，舍是为了得。

4．打通关节

理想的结构体系当然是浑然一体的一也就是没有任何关节的，这样的结构体系使任何外力都能迅速传递和消减。基于这个思路，设计者要做的就是要尽可能地把结构中各种各样的关节“打通”，使力量在关节处畅通无阻。中医上云：“通则不痛，痛则不通”，结构就像一个人，气穴若不能畅通，症结和隐患就会产生。在设计的四项基本原则中，“刚柔相济”，“多道防线”，“抓大放小”是设计概念中的战略问题，但要想得让这些战略思想得以实现，靠的是“打通关节”这个原则作为保证的，结构设计的具体操作，最后全都归到“打通关节”的贯彻和实施上来。 打通关节保持平衡的目的其实就是使其永远处于原始的静态，当力量不能畅通时，构件与构件之间，构件的组成元素与元素之间的静态平衡一旦被破坏，结构变成机动，“动”即是死，即为终结。可见设计者是协调者，其任务是让所有互不相关的静态构件相聚之后依然是使其保持常态，或者是处在相对的静态之中。其实处理和成就世间万物，必须使动为动，静为静，才能平衡：必须动者动之，静者静之，才能持久；必须知其本源，施以规则，顺之导之，才能达至繁荣昌盛。一切的一切，以顺应自然为始，达到平衡为终，诸多规则，只是手段，只为平衡，只为畅通。

二、应从概念设计上着手注意几个问题

1．关于强柱弱梁节点。这是为了实现在罕遇地震作用下，让梁端形成塑形铰，柱端处于非弹性工作状态，而没有屈服，但节点还处于弹性工作阶段。强柱弱梁措施的强弱，也就是相对于梁端截面实际抗弯能力而言柱端截面抗弯能力增强幅度的大小，是决定由强震引起柱端截面屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动能力，而且不致形成“层侧移机构”，从而使柱不被压溃的关键控制措施。柱强于梁的幅度大小取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小，以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布和动力特征的相应变化。因此，当民用建筑许可时，尽可能将柱的截面尺寸做得大些，使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1，并控制柱的轴压比满足规范要求，以增加延性。验算截面承载力时，人为地将柱的设计弯距按强柱弱梁原则调整放大，加强柱的配筋构造。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高，以免在罕遇地震中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到立柱上。注意节点构造，让塑性铰向梁跨内移。

2．关于“强剪弱弯”措施；强剪弱弯是保证构件延性，防止脆性破坏的重要原则，它要求人为加大各承重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力，使这些部位在结构经历罕遇地震的过程中以足够的保证率不出现脆性剪切失效。对于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。

3．注意构造措施。①对于大跨度柱网的框架结构，在楼梯间处的框架柱由于楼梯平台梁与其相连，使得楼梯间处的柱可能成为短柱，应对柱箍筋全长加密。这一点，在设计中容易被忽视，应引起重视。②对框架结构外立面为带形窗时，因设置连续的窗过梁，使外框架柱可能成为短柱，应注意加强构造措施。③对于框架结构长度略超过规范限值，民用建筑功能需要不允许留缝时，为减少有害裂缝(规范规定裂缝宽度小于0.3into)，建议采用补偿混凝土浇筑。采用细而密的双向配筋，构造间距宜小于150mm，对屋面宜设置后浇带，后浇带处按构造措施宜适当加强。④其它构造措施限于篇幅，这里不再赘述，请详见新规范。

三、设计构造方面的问题

1．框架节点核芯区箍筋配置应满足要求

对于规范中规定的框架柱箍筋加密区的箍筋最小体积配箍率的要求，绝大部分设计人员都能给予足够的重视，但对于《建筑抗震设计规范》(GB50011―2001)中规定的“一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10、0.08且体积配箍率分别不宜小于0.6％、0.5％，0.4％。”设计中经常被忽视，尤其是柱轴压比不大时，常常不满足要求。这一规定是保证节点核芯区延性的重要构造措施，应严格遵守。

2．底层框架柱箍筋加密区范围应满足要求

《建筑抗震设计规范》(GB50011―2001)中规定：“底层柱，柱根处箍筋加密区范围为不小于柱净高的1／3”这是新增加的要求，设计中应重点说明。

3．框架梁的纵向配筋率应注意

《建筑抗震设计规范》(GB50011―2001)中规定：“当框架梁梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2％时，梁箍筋最小直径的数值应比表6.3.3中规定的数值增大2mm。”在目前设计中，这一规定常被忽视，造成梁端延性不足。

4．框架梁上部纵筋端部水平锚固长度应满足要求

《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)中规定：“框架端节点处，当框架梁上都纵筋水平直线段锚固长度不足时，应伸至柱外边并向下弯折，弯折前的水平投影长度不应小于0.4LaE”当框架柱截面尺寸小于400×400mm时，应注意梁上部纵筋直径的选择，否则这一项要求不容易得到保证。

框架设计篇7

目前许多良好的Web应用设计可分为三层：表现层、持久层和业务层。而持久层是最容易很快失控的地方。一个定制的、内部开发的持久层不仅需要大量的开发时间，并且通常缺乏功能和难以管理。目前有许多解决这些问题的开源对象关系映射(ORM)框架，如Hibernate框架就允许Java中的对象&关系的持久性和查询服务。典型的Web应用的中间组件一般是业务层和服务层。从编程的角度来说，服务层经常被忽略。这种类型的代码散布于UI表现层和持久层并不是不多见。这些都不是正确的地方，因为它导致了紧密耦合的应用和难以维护的代码。大多数框架都解决了这个问题，最流行的框架是Spring，这个框架建立在一种叫做依赖性注入的简单概念之上。对象通过简单的XML文件进行连接，使配置文件包含对各种对象的引用，比如事务管理处理器对象工厂，包含业务逻辑的服务对象，以及数据访问对象。虽然Spring + Hibernate框架在Java开发中运用的非常成熟，并且在国外也已经有人提出了与.Net类似的框架Spring + NHibernate，但由于技术原因还没有在.Net开发中得到实际应用。本文将详细介绍Spring + NHibernate在Visual Studio开发环境中的应用。

2 框架概述

是一个关注于.Net企业应用开发的应用程序框架。它能够提供宽广范围的功能，例如依赖注入、面向方面编程(AOP)、数据访问抽象，以及集成等。基于java的Spring框架的核心概念和价值已被应用到.Net。 1.0包含一个完全功能的依赖注入容器和AOP库。后续的将包含对、Remoting和数据访问的支持。

3 NHibernate框架概述

NHibernate是一个基于.Net的针对关系型数据库的对象持久化类库。Nhibernate来源于非常优秀的基于Java的Hibernate关系型持久化工具。NHibernate从数据库底层来持久化.Net对象到关系型数据库。NHibernate处理这些，远胜于SQL从数据库存取对象。代码仅仅和对象关联，NHibernat自动产生SQL语句，并确保对象提交到正确的表和字段中去。

4 & NHibernate框架应用移植

(1) 实现SessionFactory的配置

本文在实现移植Spring+NHibernate框架过程中，重点解决了SessionFactory配置问题，在web.config中设置hibernate-confi

guration节点下的部分参数。

(2) 设置映射声明

移植Spring+NHibernate框架涉及到映射文档的内容，通过描述NHibernate在运行时用到的文档元素和属性。映射文档还包括一些额外的可选属性和元素，在使用schema导出工具的时候会影响导出的数据库schema结果。所有的XML映射都需要使用nhibernate-mapping-2.2 schema。目前的schema可以在NHibernate的资源路径或者是NHibernate.dll的嵌入资源中找到。NHibernate总是会优先使用嵌入在资源中的schema文件。 由于本次移植环境是Visual ，所以将hibernate-mapping拷贝到C:\Program Files\Microsoft Visual 2003\Common7\Packages\schemas\xml路径中，以获得智能感知功能。

(3) 实现ISessionFactory

本次重点研究了NHibernate.Cfg.Configuration的一个实例，可以代表应用程序中所有的.Net类到SQL数据库的映射的集合。Configuration用于构造一个(不可变的)ISessionFactory。这些映射是从一些XML映射文件中编译得来的，装载所有映射文件的做法是通过程序集来装载程序集下的所有映射文件。代码如下：

Configuration cfg = new Configuratio()

.AddAssembly( "NHibernate.Auction");

NHibernate将会遍历程序集查找任何以hbm.xml结尾的文件。这种方法取消了所有对文件名的硬编码并且确保程序集中的配置文件都会被加载。

在使用或者NAnt生成程序集时请确保hbm.xml文件是作为嵌入资源(Embedded Resources)添加的。

Configuration是仅在配置期使用的对象，从第一个SessionFactory开始建立的时候，它就失效了。

在实现移植时，构建SessionFactory时考虑的一个问题就是构建一个创建Configuration以及创建SessionFactory的级别。初始化的Configuration（载入所有资源文件的）对象以及创建SessionFactory是线程级别的，通过WebService访问后台就必然造成在访问的多线程内多次创建Configuration和SessionFactory对象，当同一时间访问客户端增加时，Web服务器也会出现内存使用量的激增。

本次实现的是把创建Configuration和SessionFactory设定为应用程序级别的创建。

在系统整个应用程序的NHibernateSession中的静态构造函数中创建Configuation对象和SessionFactory，从而避免了多线程访问后造成的服务器使用资源激增。

(4) 设置Nhibernate Session管理类

NhibernateSession管理类主要用于Nhibernate在数据持久层与数据库交互时对事务的处理，本次实现了NhibernateSession管理类设置。

ClearSession方法用于事务完毕清空Session操作；CloseSession方法用于事务处理时关闭Session操作，防止意外中断； GetNewNhibernateSession方法用于开启新事务时获取Session值；GetNhibernateSession方法用于获取指定Session值； NhibernateSession是NhibernateSession管理类的构造方法。

框架设计篇8

CIS综合运用影像技术和支付密码等技术，将纸质支票转化为影像和电子清算信息，实现纸质支票截留，并利用网络技术将支票影像和电子清算信息传递至出票人开户行进行提示付款，实现了支票全国通用。

CIS的总体业务流程分为提出支票影像信息、支票影像信息交换、支票影像信息接收及确认、支票业务回执处理、提出支票业务信息归并五个步骤，如图1所示。

图1影像交换系统的总体业务流程图

与中国人民银行其他支付业务系统（大额、小额支付系统）相比，该系统有一个很大的亮点:在前置机节点采用了BS技术，提出共享前置机的概念，并实现了共享前置机。使用BS模式，任何一台与前置机服务器网络连通、安装浏览器的计算机都可以作为前置机的客户端，无需安装MQ、DB2等客户端即可进行业务操作。

第一批上线时，在河北省石家庄和廊坊票据交换所分别配置了一台前置机，供各自使用;在中国人民银行石家庄支行安装了一台共享前置机，河北省其他110多家县、市级票据交换所共用这台机器进行业务操作。票据交换所只需要安装浏览器，无需安装任何软件，无需配置任何计算机设备。

截至目前，CIS前置机系统已经正常运行了11个多月。

在CIS前置机系统设计时，我们准备把前置机开发成一个具有高水平、高质量的软件，一个易于维护、易于适应变更、可重用性好的系统。因此我们充分考虑到了低耦合和高内聚。

低耦合就是软件在构造的时候，各个模块、各个功能、各个类都不会过度依赖于它周围的环境。只有这样，才能使我们的模块（功能、类）在周围发生变更时不受影响，做到易于维护和易于适应变更，也使它更易于重用到其它功能类似的环境中，可大大提高程序的可重用性。

高内聚则使软件中的各个模块（功能、类）能够各尽其能而又充分合作，也就是对于软件问题空间中需求的各个功能，系统可以合理地把它分配给各个模块（功能、类）来共同完成，而不是由一个或几个八面玲珑、包打天下的超级模块独自完成。对于该系统中的某一个模块（功能、类），具有自己高度相关的职责，即该职责中的几个任务是高度相关的，每一个模块（功能、类）都决不去完成与自己无关职责的任务。

同时，系统采用MVC设计模式，将系统抽象成三层，分别是模型层、视图层和控制层。这三个部件是相互独立的，改变其中任何一个都不会影响其他两个，层与层之间通过接口调用，接口和实现类通过配置文件组合，三层之间采用松耦合工作。

每个层在处理程序上都有一项明确的责任，而不在功能上与其它层混合，并且每个层要与其它层分开的，但要给它们之间放一个通信接口。系统将业务规则、数据访问及业务合法性校验等工作放在控制层处理，视图层不直接与数据库交互，而是通过组件与控制层建立连接，再由控制层通过模型层与数据库交互。

综合考虑目前Java各项开发技术，CIS前置机的模型层、视图层和控制层分别用Hibernate、Struts和Spring实现。同时结合了ACEGI、AJAX、eXtremeTable标签、Jasper报表、Log4J日志等技术，不仅实现了MVC，而且可实现低耦合和高内聚。

CIS前置机系统采用的Spring、Hibernate和Struts技术架构图如图2所示。

图2 Spring、Hibernate和Struts技术架构图

模型层

模型层向视图层和控制层提供业务逻辑服务。CIS采用Hibernate实现了模型层设计。

Hibernate是一个开放源代码的对象关系映射框架，它对JDBC进行了非常轻量级的对象封装，使得Java程序员可以随心所欲的使用对象编程思维来操纵数据库。

Hibernate可以应用在任何使用JDBC的场合，既可以在Java的客户端程序使用，也可以在Servlet/JSP的Web应用中使用，Hibernate还可以在应用EJB的J2EE架构中取代CMP，完成数据持久化。

使用Hibernate使业务逻辑与数据持久化分离，也就是与将数据存储到数据库的操作分离。我们在业务逻辑中只需要将数据放到值对象中，然后交给Hibernate实现数据的保存，或者从Hibernate那里得到值对象，我们无需关心数据库（如DB2、Oracle、MySQL或SQLServer）是如何执行的操作。使用此技术，我们的CIS实现了应用程序与数据库选择无关。

视图层

视图层主要是由Struts负责的，它主要完成了以下工作:

管理用户的请求，做出相应的响应。

提供一个Controller，委派调用业务逻辑和其它上层处理。

处理异常，抛给StrutsAction。

为显示提供一个模型。

UI验证。

Stusts是一个开源的项目，Struts通过ActionForm与JSP页面和Action进行数据传输，可将用户在页面录入的信息传输给Action进行业务处理，也可将Action的处理结果传输给JSP页面显示。

通过Action，Struts可以调用Spring提供的接口程序进行业务处理。同时Struts还提供了Bean、HTML、Logic等多种JSP用到的标签，可方便页面程序的编写；提供validation功能验证用户在页面的录入项，还提供丰富的国际化功能。

控制层

控制层由Spring技术实现，控制层主要完成以下任务:

处理应用程序的业务逻辑和业务校验。

管理事物。

提供与其它层相互作用的接口。

管理业务层级别对象的依赖。

在视图层和模型层之间增加了一个灵活的机制，使得他们不直接的联系在一起。

管理程序的执行。

Spring主要有两个核心技术，分别是依赖注入（IoC）和面向切面的编程技术（AOP）。CIS前置机系统中大量采用了这两个技术，采用IoC技术，降低了业务逻辑中各个类的相互依赖，降低了系统耦合度，提供了程序重用性。

采用AOP技术，前置机系统实现了部分业务权限检查控制;结合Hibernate事务控制，实现了CIS的事务管理;结合Log4J，实现了程序异常错误定位。

框架设计篇9

关键词: 高烈度设防区；多层框架结构；结构分析；构造措施

1工程概况

该工程位于云南省普洱市，为某医院内科住院楼，地上六层， 建筑高度23.65m，建筑面积约7483.56。结构形式为框架结构，抗震设防烈度8度，设计地震基本加速度为0.20g,设计地震分组为第二组，场地地震影响系数特征周期为 0.40s，地震烈度8度时无地震液化土层。设计分析软件为中国建筑科学研究院研制开发的空间有限元软件SATWE，结构平面布置如图一

2 结构分析

2.1结构选型

该工程可选择框架结构与框剪结构两种结构形式。一些资料建议在高烈度区建议采用框剪结构或者少量剪力墙结构的框架结构。本工程选用框剪结构计算时，层间位移角较小，自震周期也小，小于特征周期Tg，刚度较大导致计算的地震作用反而较大，而且剪力墙边缘构件配筋相当大，因此在多层建筑中框剪结构并不是一种经济理想的结构形式；当选择少量剪力墙结构的框架结构时，设置少量剪力墙目的为了增大框架结构的刚度、满足层间位移角限值的要求，框架的配筋应按有、无剪力墙分别计算取大值。本工程计算表明当调整梁柱截面及配筋设计满足规范要求时，同时也满足层间位移角限值要求，就无必要再设置少量剪力墙，因此最后选择结构体系明确的纯框架结构。

2.2结构布置

根据《建筑工程抗震设防分类标准》4.0.3条该医院住院楼抗震设防类别为重点设防类工程，地震烈度较高，结构布置遵循以下原则：结构平面规则、简单、减少结构扭转影响，竖向刚度渐变、无突变，加强角柱、边柱、边梁，柱刚度竖向递减。在汶川地震中较多楼梯间破坏，楼梯对结构的影响不容忽视，本工程中在结构布置上采取以下措施：首先，在楼梯间四角布置框架柱，防止楼梯在地震中破坏；其次，楼梯尽量对称布置于平面中，减少楼梯对结构的影响；再次，避免楼梯布置于结构端部。

2.3 主要构件尺寸及计算参数、计算结果

2.3.1主要构件尺寸见表一

表一主要构件尺寸

2.3.2计算参数

用PKPM软件计算时应注意以下参数：①，重点设防类工程应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施，因此本工程梁柱抗震等级为一级；②，由于烈度较高，水平荷载较大，混凝土柱的计算长度系数应执行混凝土规范7.3.11-3条；③，考虑砌体墙对主体结构刚度的影响，周期折减系数取0.75。

2.3.3计算结果

第一周期：1.0053，第二周期：0.9906，第三周期0.8869，周期比为0.88＜0.9；X方向最大位移比1.1＜1.5,最大层间位移角1/649＜1/550 ,Y方向最大位移比1.23＜1.5,最大层间位移角1/637＜1/550；X方向剪重比7.96%,X方向的有效质量系数:98.59%, Y方向剪重比7.76%,X方向的有效质量系数:98.46%；计算竖向刚度无突变,无薄弱层。

3 构造措施

（1）框架结构抗震设计应遵循：“强柱、弱梁、更强节点核芯区”原则，内力计算、系数调整软件计算已经完成，具体到施工图设计中我们要注意以下问题：①考虑到楼板钢筋超强、梁底面、顶面钢筋超配，柱配筋应比计算值适当放大。在高烈度区柱配筋较大时应注意柱纵筋间距大于50mm，单边配筋较大时采用大直径钢筋。另外节点核芯区配筋往往比柱加密区配筋大，应根据计算结果单独配置箍筋。同时注意由于填充墙形成的短柱、楼梯间布置形成的短柱，全高加密箍筋；②框架梁配筋不应随意放大配筋，特别是在梁支座裂缝验算中应用柱边缘处梁的弯矩，在SATWE绘制梁施工图中选择“考虑支座宽度对裂缝的影响”；为使梁具有较好的变形能力对一级框架梁配筋中注意校对“梁端计入受压钢筋的混凝土受压区高度和有效高度之比不应大于0.25”以及“梁端截面的底面与顶面纵向钢筋配筋量的比值不应小于0.5”，同时梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时，箍筋最小直径为12mm。

（2）本工程存在主次梁间隔悬挑情况，当用软件建模主次梁都按主梁输入时，程序考虑空间作用，主梁悬挑根部为框架柱竖向变形小，而次梁悬挑跟部为框架梁竖向变形大，造成次梁悬挑配筋较小，为弥补此缺陷，可以把悬挑梁上的封口梁每段设绞，此时传到次梁上的荷载和手算结果一致，次梁悬挑配筋采用后一种方式的计算结果。另外对主梁悬挑梁下部建议配适当的受压钢筋，当考虑竖向地震作用时，满足框架梁配筋要求。

4 结语

（1）高烈度区多层建筑，在位移角能满足规范要求时，采用纯框架结构比较合理。但应注重结构布置，从概念上避免不合理的布置。

（2）使用软件计算时，应明确参数含义，正确使用计算结果，对不合理的计算人工干预。

框架设计篇10

摘要: 随着社会经济的发展和现代技术的进步，预应力混凝土结构逐渐在我国的城市建筑和工业建筑中应用得越来越广泛。文章根据某建筑预应力混凝土架梁设计，对预应力架梁的设计计算，抗震结构和构造措施进行深入的分析，对类似预应力结构有一定的借鉴意义。

关键词:框架梁设计；计算；构造措施；经济效益

Abstract: with the development of social economy and the progress of modern technology, prestressed concrete structure in our urban building gradually and industrial buildings to be more and more extensive application. According to a building prestressed concrete frame beam design, the design and calculation of the prestressed frame beams, seismic structure and construction measures for further analysis to the similar prestressed structure have a certain significance.

Keywords: frame beams design; Computing; Structural measures; Economic benefits

近年来，基础建筑设施的逐渐增多和普及，提倡绿色建筑成为了如今社会普遍关注的问题。预应力混凝土结构具有跨越能力大、耐久性高、节约材料，造价相对低廉和施工难度低的优点，正好符合绿色建筑的要求。注重预应力混凝土框架梁的设计以及结构的抗震性能，对预应力结构的推广和基础建筑的建设具有重要的意义。

1 工程概况与结构选型

某4层的建筑局部2层(3层，4层)为大空间结构，平面尺寸为41.6m×24m。因单向跨度较大，经多种方案比较，选用有粘结预应力混凝土现浇框架和单向肋梁结构体系。框架采用横向布置，3层，4层高分别为6.7m和6.2m。根据建筑平面尺寸及高度的要求，框架梁截面取700mm×1200mm，框架柱截面1000mm×1500mm，楼板厚度150mm。

梁板混凝土强度等级C40。框架按6度抗震设防，地面加速度0.05g，场地类别Ⅲ类。框架抗震等级为四级。楼屋面活荷载为4.0kN/m2。

2 预应力框架梁设计与计算

2.1 框架的几何特征及外荷载作用下的内力计算

框架的几何特征见表1。

表1 框架的几何特征

2.2梁中预应力筋估算

框架梁预应力筋布置尽可能与外弯矩相一致。该工程采用如图1所示的正反抛物线预应力筋布置形式。预应力筋采用低松弛预应力钢绞线，fptk=1860MPa，fpy=1320MPa，预应力的有效应力取为张拉控制应力的70%。为考虑次弯矩对支座截面的有利影响，近似取0.9的系数将外荷载作用下的弯矩减小(支座为控制截面)。

现以楼面框架梁为例，因为作用在梁上的活荷载值相对恒载较小，且梁跨度较大，结合以往类似工程经验，裂缝控制应从严要求，按荷载短期效应组合下构件边缘混凝土拉应力满足下述限值要求的估算预应力筋:

将上述相应数据代入计算得:AP≥2094mm2。

考虑本工程较常规预应力设计跨度大，取2束9s15.2(200，150，200)(AP=2502mm2)。

2.3预应力损失计算

1)张拉控制应力σcon=0.7fptk=0.7×1860=1302MPa，预埋波纹管κ=0.0015，μ=0.25：孔道摩擦损失σL2(采用两端张拉,对于每跨梁，相当于一端张拉)，计算结果见表2。

表2 预应力损失计算结果

a=(1400－200－150)×0.15/0.5=315mm：b=(a/0.15)×0.35=(315/0.15)×0.35=735mm。

2)锚具内缩损失σL1，采用夹片式锚具，其回缩值为5mm(有顶压)，根据公式得:

i1=(1302－1239.5)/3.6=17.35N/mm2/m：

i2=(1329.5－1171.64)/8.4=18.8N/mm2/m：

L0=0.6m：L1=4.2m。

所以，端部支座:σL1=2×17.35×3.6+2×18.8×(7.31－4.2)=241.9N/mm2：跨中:σL1=0N/mm2。

3)第一批预应力损失汇总如下:端部:σL1=241.9N/mm2，跨中:σL1=1302×10%=130.3N/mm2。

4)钢筋应力松弛损失σL4:σL4=0.125(σcon/fptk－0.5)σcon=32.6N/mm2。

5)混凝土收缩徐变引起的预应力损失σL5(考虑自重影响，近似取恒载的全部):

支座处:NP=2652.4kN，σPC=1.33N/mm2。

跨中处:NP=2931.6kN，σPC=5.10N/mm2。

假设非预应力配筋面积，取预应力度:λ=0.6。

As=［Apfpy(1－λ)］/(fyλ)=6116mm2。

支座处:取As=6874mm2(14φ25，Ⅲ级钢)：ρ=0.798%。

跨中处:取As=6383mm2(13φ25，Ⅲ级钢)：ρ=0.756%。

则收缩徐变损失:

支座处:

σL5=(35+280σPC/fcu')/(1+ρ)=(35+280×1.33/30)/(1+15×0.798%)=42.3N/mm2。

跨中处:

σL5=(35+280σPC/fcu')/(1+15ρ)=(35+280×5.10/30)/(1+15×0.756%)=74.2N/mm2。

6)总预应力损失σL及有效预加力Np汇总见表3。

表3 总预应力损失σL及有效预加力Np汇总

平均σpe=1302－(316.8+237.1)/2=1025.1N/mm2。

2.4预应力引起的次弯矩和次剪力计算

(1)等效荷载

取支座和跨中截面有效预应力的平均值作为跨间的预应力值计算等效荷载(简化计算)，楼面梁预加力值Np=(2174.2+2190.8)/2=2182.5kN。

该工程等效荷载为:

Mp=2182.5×0.396=864.3kN·m。

q1=(8×182.5×0.735)/16.82=45.5kN/m：

q2=(8×2182.5×0.315)/(2×3.6)2=106.1kN/m。

(2)综合弯矩、次弯矩及次剪力的计算

次弯矩等于综合弯矩减去主弯矩，主弯矩为框架梁中预应力值对截面的偏心距乘积。因梁中次弯矩接近常数，故梁中的次剪力可忽略。