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【摘要】时下，钢筋混凝土框架结构广泛应用于工业与民用的各项建筑中。框架结构在设计中应遵循规则、对称，并应具有良好的整体性。本文将从最基本的力学角度出发，讨论结构设计中的各项环节。
【关键词】钢筋混凝土框架;力学;突变
概述
在时下计算机越来越普及和功能强大的同时，大家往往忽视了对结构概念设计的最基本的认知。这就要求作为一名设计人员，基本概念规范必须清楚，才能算是作为一名合格设计人员的前提。框架结构最基本的构件为梁板和柱，在层数较低时，框架结构具有良好的力学性能和使用性能。能够很好的抵抗传来的地震力，并且框架的平面布置灵活，对需要有大空间的结构体系可以最大程度的满足使用要求，在大型商场和大型厂房中被广泛使用。
1、框架结构的设计原则
（1）结构的规则性和对称性
规则是指框架的设计方案应简单，有明确直接的传力路径，“规则”包含了对建筑的平面、立面和竖向剖面的外形尺寸的规则性。对抗侧力构件布置、质量分布，直至承载力分布等诸多因素的综合要求，规则的建筑方案体现在平面和立面形状简单，抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续、均匀、平面布置基本对称。即在平面、立面、竖向剖或抗侧力体系上，没有明显的实质性的不连续（突变）。之所以强调建筑形体的规则性，是因为地震的不可预知性及地震研究远没有达到“地震科学”的水平，抗震设计计算还处在“估算”阶段，对复杂结构难以估算其地震时的反应。对规则和不规则的类型在《建筑抗震设计规范》（10版本）中第3.4.3条做了详细的论述。并且对于不规则类型结构体系的抗震计算要求和构造设计要求都做出了明确的规定。在电算中，规则模型的各项控制参数能够很容易的调整到控制参数以内而不需要耗费大量的时间在模型的调整中。不规则模型必须要调整模型到规定的参数范围内，对于规范范围内的不规则则要根据规范要求对相应的薄弱部位进行加强措施。对于规范内不满足的不规则结构还要进行专门的实验和论证。合理的建筑布置在设计中是头等重要的，提倡平面、立面简单对称。震害调查表明，简单、对称的建筑在地震时较不容易破坏，而且道理很简单，简单、对称的结构容易估计其地震时的反应，容易有针对性的采取抗震措施和進行细部处理。
（2）结构的抗震能力
建筑在设计时应满足当地的抗震设防烈度要求，对于重要的建筑物还要提高设防等级。因此结构布置应能抵抗地震来袭时的地震力。就需要地震作用计算，地震作用计算是结构设计的重要内容，也是进行构件截面设计的重要依据。地震作用计算包括水平地震作用计算和竖向地震作用计算。在上述两部分中水平作用计算是基础。结构抗震验算除按规定进行多遇地震下的抗震截面验算外，尚应进行相应的变形验算。
（3）结构整体性
结构的整体性是指结构在抵抗外力时的整体协同能力。整体性好的建筑可以将外力传递分散到各个抗侧力构件上，并且各抗侧力构件还能保持良好的承载能力。但当结构抗侧力构件布置不均匀或结构布置复杂时，各抗侧力构件的协同能力就会不同步，这时，就需要有足够刚度的楼盖来协同抗侧力构件抵抗外力。楼盖在平面内具有足够的刚度，能够很好的承担，并且楼盖与各抗侧力构件有良好的连接。这就要求在满足结构抗震作用计算的基础上，还要对结构进行必要的抗震构造措施来满足结构体系有很好的整体性和足够的变形能力。另外基础的整体性及基础与上部结构的可靠连接也是体现结构整体性的重要方面。
2、设计中的关键环节
框架结构的主要构件为梁和柱，在工作时，受弯与受压同时存在，并且各受力性能不同的构件还会相互影响。因此，框架设计时，应首要考虑以下四个环节。
（1）基础问题
基础问题是建筑物最根本的问题，基础设计的好坏对建筑物的安全性和经济性有重大的影响。地基设计中最先遇到的问题是基础的设计等级问题，按照11版《地基规范》第3.0.1条规定，地基基础的设计等级系“根据地基复杂程度、建筑无规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用程度”，将地基基础设计等级分为三个设计等级，据表3.0.1确定。根据建筑物的重要程度不同还要对不同的建筑物基础进行地基进行地基变形计算。在11版《地基规范》第3.0.2条（强制性条文）规定，设计等级为甲、乙级的建筑物，均应按地基变形设计;表3.0.2所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不做变形验算，如有下列情况之一时，仍应作变形验算：1）地基承载力特征值小与130kPa，且体型复杂的建筑;2）在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生不均匀沉降时;3）软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时;4）相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时;5）地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。对于电算给出的基础面积，要进行人为的判断，必要时进行手算。
（2）主次梁与柱网的布置
框架中的传力途径是楼面荷载通过楼板传给次梁，次梁传给主梁，主梁传给柱子。在建筑方案中，建筑功能要求空间越大越好，也即主次梁占的空间越小越好。而主次梁在支撑和传递荷载的过程中，弯曲变形与它们各自承担的弯矩及自身跨度的平方成正比，同时，与弹性模量和弯曲平面内截面惯性矩也成正比。因此在柱网布置时，优先选择的是矩形柱网以短跨为主梁，长跨为次梁，短跨与长跨的比例应小于0.75比较经济，工程中一般比较常取0.65～0.7，这样主次梁截面高度能协调一致，从而保证楼盖的结构高度最小。但是从房屋的使用功能和建筑布局中，主梁的布置是依据房间的布局而定的。
（3）现浇板的考虑
在框架结构中框架梁和板共同工作来抵抗水平荷载的作用，约束柱顶的转动，使柱子产生自上而下的反弯曲，形成整体。楼板提高了框架梁的截面刚度，还提高了梁端负弯矩的承载能力。因此在进行设计时，梁的刚度并不仅仅是按照梁的截面计算出的梁刚度，要将板对梁刚度的贡献考虑进去，这样，计算出的结构整体自振周期和框架位移值会较小，容易满足计算规定。
（4）柱设计
柱设计中容易忽略的是轴压比的控制，一般轴压比满足要求就可以了。但柱子轴压比过大会使截面过大，这样很容易形成短柱，还会占用过多的空间，可能难以满足建筑师的要求。更重要的是结构整体的自重会增大，从而引起地震反应增大，造成恶性循环。所以，设计中，轴压比的控制也是很重要的。
结束语
对框架的研究可以提高对框架结构性能的认识，使的结构具有良好的承载能力。对框架进行力学分析，可以研究框架受荷过程中各构件的变形情况及塑性铰出现的过程、位置，发现结构的薄弱环节，以便进行处理。
【关键词】钢筋混凝土框架;力学;突变
概述
在时下计算机越来越普及和功能强大的同时，大家往往忽视了对结构概念设计的最基本的认知。这就要求作为一名设计人员，基本概念规范必须清楚，才能算是作为一名合格设计人员的前提。框架结构最基本的构件为梁板和柱，在层数较低时，框架结构具有良好的力学性能和使用性能。能够很好的抵抗传来的地震力，并且框架的平面布置灵活，对需要有大空间的结构体系可以最大程度的满足使用要求，在大型商场和大型厂房中被广泛使用。
1、框架结构的设计原则
（1）结构的规则性和对称性
规则是指框架的设计方案应简单，有明确直接的传力路径，“规则”包含了对建筑的平面、立面和竖向剖面的外形尺寸的规则性。对抗侧力构件布置、质量分布，直至承载力分布等诸多因素的综合要求，规则的建筑方案体现在平面和立面形状简单，抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续、均匀、平面布置基本对称。即在平面、立面、竖向剖或抗侧力体系上，没有明显的实质性的不连续（突变）。之所以强调建筑形体的规则性，是因为地震的不可预知性及地震研究远没有达到“地震科学”的水平，抗震设计计算还处在“估算”阶段，对复杂结构难以估算其地震时的反应。对规则和不规则的类型在《建筑抗震设计规范》（10版本）中第3.4.3条做了详细的论述。并且对于不规则类型结构体系的抗震计算要求和构造设计要求都做出了明确的规定。在电算中，规则模型的各项控制参数能够很容易的调整到控制参数以内而不需要耗费大量的时间在模型的调整中。不规则模型必须要调整模型到规定的参数范围内，对于规范范围内的不规则则要根据规范要求对相应的薄弱部位进行加强措施。对于规范内不满足的不规则结构还要进行专门的实验和论证。合理的建筑布置在设计中是头等重要的，提倡平面、立面简单对称。震害调查表明，简单、对称的建筑在地震时较不容易破坏，而且道理很简单，简单、对称的结构容易估计其地震时的反应，容易有针对性的采取抗震措施和進行细部处理。
（2）结构的抗震能力
建筑在设计时应满足当地的抗震设防烈度要求，对于重要的建筑物还要提高设防等级。因此结构布置应能抵抗地震来袭时的地震力。就需要地震作用计算，地震作用计算是结构设计的重要内容，也是进行构件截面设计的重要依据。地震作用计算包括水平地震作用计算和竖向地震作用计算。在上述两部分中水平作用计算是基础。结构抗震验算除按规定进行多遇地震下的抗震截面验算外，尚应进行相应的变形验算。
（3）结构整体性
结构的整体性是指结构在抵抗外力时的整体协同能力。整体性好的建筑可以将外力传递分散到各个抗侧力构件上，并且各抗侧力构件还能保持良好的承载能力。但当结构抗侧力构件布置不均匀或结构布置复杂时，各抗侧力构件的协同能力就会不同步，这时，就需要有足够刚度的楼盖来协同抗侧力构件抵抗外力。楼盖在平面内具有足够的刚度，能够很好的承担，并且楼盖与各抗侧力构件有良好的连接。这就要求在满足结构抗震作用计算的基础上，还要对结构进行必要的抗震构造措施来满足结构体系有很好的整体性和足够的变形能力。另外基础的整体性及基础与上部结构的可靠连接也是体现结构整体性的重要方面。
2、设计中的关键环节
框架结构的主要构件为梁和柱，在工作时，受弯与受压同时存在，并且各受力性能不同的构件还会相互影响。因此，框架设计时，应首要考虑以下四个环节。
（1）基础问题
基础问题是建筑物最根本的问题，基础设计的好坏对建筑物的安全性和经济性有重大的影响。地基设计中最先遇到的问题是基础的设计等级问题，按照11版《地基规范》第3.0.1条规定，地基基础的设计等级系“根据地基复杂程度、建筑无规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用程度”，将地基基础设计等级分为三个设计等级，据表3.0.1确定。根据建筑物的重要程度不同还要对不同的建筑物基础进行地基进行地基变形计算。在11版《地基规范》第3.0.2条（强制性条文）规定，设计等级为甲、乙级的建筑物，均应按地基变形设计;表3.0.2所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不做变形验算，如有下列情况之一时，仍应作变形验算：1）地基承载力特征值小与130kPa，且体型复杂的建筑;2）在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生不均匀沉降时;3）软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时;4）相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时;5）地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。对于电算给出的基础面积，要进行人为的判断，必要时进行手算。
（2）主次梁与柱网的布置
框架中的传力途径是楼面荷载通过楼板传给次梁，次梁传给主梁，主梁传给柱子。在建筑方案中，建筑功能要求空间越大越好，也即主次梁占的空间越小越好。而主次梁在支撑和传递荷载的过程中，弯曲变形与它们各自承担的弯矩及自身跨度的平方成正比，同时，与弹性模量和弯曲平面内截面惯性矩也成正比。因此在柱网布置时，优先选择的是矩形柱网以短跨为主梁，长跨为次梁，短跨与长跨的比例应小于0.75比较经济，工程中一般比较常取0.65～0.7，这样主次梁截面高度能协调一致，从而保证楼盖的结构高度最小。但是从房屋的使用功能和建筑布局中，主梁的布置是依据房间的布局而定的。
（3）现浇板的考虑
在框架结构中框架梁和板共同工作来抵抗水平荷载的作用，约束柱顶的转动，使柱子产生自上而下的反弯曲，形成整体。楼板提高了框架梁的截面刚度，还提高了梁端负弯矩的承载能力。因此在进行设计时，梁的刚度并不仅仅是按照梁的截面计算出的梁刚度，要将板对梁刚度的贡献考虑进去，这样，计算出的结构整体自振周期和框架位移值会较小，容易满足计算规定。
（4）柱设计
柱设计中容易忽略的是轴压比的控制，一般轴压比满足要求就可以了。但柱子轴压比过大会使截面过大，这样很容易形成短柱，还会占用过多的空间，可能难以满足建筑师的要求。更重要的是结构整体的自重会增大，从而引起地震反应增大，造成恶性循环。所以，设计中，轴压比的控制也是很重要的。
结束语
对框架的研究可以提高对框架结构性能的认识，使的结构具有良好的承载能力。对框架进行力学分析，可以研究框架受荷过程中各构件的变形情况及塑性铰出现的过程、位置，发现结构的薄弱环节，以便进行处理。