框架结构设计范例

框架结构设计范例篇1

　　关键词：现代建筑；框架结构；设计原则

　　中图分类号：TU398+。2文献标识码： A 文章编号：

　　1 引言

　　随着社会的发展，对房屋建筑要求不断提高，建筑框架结构设计因其可以为人们提供更为广阔的使用空间，同时还可以增加建筑平面布置的灵活性，而受到了广大用户的喜爱。但由于各种内部和外部因素的影响，在实际建筑结构设计中，还是有部分建筑设计尤其是框架结构的设计出现问题，这些问题无论大小都对房屋质量产生了一定影响。因此做好房屋及其他重要建筑的框架结构设计是现代建筑的重点，也是关乎人民安全的问题。

　　2 我国建筑设计的发展现状

　　2.1 我国建筑设计发展状况概述

　　作为耗能大国之一，我国的建筑业任重而道远，发展绿色建筑、建设“以人为本”的建筑成为时展的必然趋势。但数据表明：我国城镇化率每提高百分之一，就要新增城市用水17亿立方米，消耗6，000万吨标准煤，消耗钢材、水泥、砖木等建筑材料总重量超过6亿吨。我国绿色建筑设计目前面临的问题主要体现在：建筑行业法律法规体系缺失；财政、金融政策不完善；技术标准不详、土地开发能力不足等。这些问题都影响到建筑业的发展。

　　2.2 我国建筑框架结构设计的现状

　　框架结构是建筑结构设计中较为常用的一种形式，有了框架结构，高层建筑才可能得到长远发展。目前，钢筋混凝土框架结构被广泛应用于我国各类工业与民用建筑中，但是在超高层建筑中多使用钢框架结构。另外，框架设计中还有梁板柱框架、异形柱框架、剪力墙结构，而木结构虽有，却占绝少数。

　　我国绿色建筑的发展既为框架结构的发展带来了机遇，也带来了挑战。一方面，因为有了框架结构，房屋才获得了大的空间，建筑的各功能间才可灵活布局，才有能适合各行各业并能满足其功能要求的环保建筑物。但另一方面，由于框架结构的大量使用，钢材、水泥、砖木等消耗量大大增加。

　　3 当前建筑结构设计中应注意的问题

　　3.1 民用建筑框架设计中的问题

　　首先，框架设计缺少“人性化”。目前，建筑结构设计过分追求高科技，以致投入过高，但对经济实用、因地制宜、就地取材的科技与建筑材料却不加以应用，这是建筑框架设计的主要问题之一；另外，存在大量引进国外技术，但与实际情况结合不够紧密的问题；居住环境结构很少考虑地区特点而一味地追求形式与奢侈，例如不管当地气候、土壤及经济等条件，盲目选用昂贵建材等等。这些问题造成民用建筑环境投入成本过高又缺乏“人性化”。其次，由于民用建筑全面装修推行得不够，以致 许多建筑垃圾到处可见。此外，非环保建材的使用，在影响居民健康的同时，也影响到建筑的框架寿命。这些问题都严重影响了住宅产品的综合质量。

　　3.2 工业建筑框架设计中的问题

　　在现代工业建筑中，存在的问题主要涉及设计、施工、材料、使用、管理等许多方面。现代工业建筑如何解决在工业生产过程中造成的污染，如烟、尘、渣、热、湿、毒、腐蚀、噪声等，是建设绿色工业建筑的重要课题。

　　4 现代建筑的框架设计原则和措施

　　民用建筑与工业建筑中的基本问题和一些高科技问题基本是相通的。如防水、防火、抗震、生态、环保、节能、规划、景观、市政条件以及建筑艺术处理手法和新材料新设备的采用选择等等，很难分出哪个是民用哪个是工业。但是在大的框架结构设计原则方面还是有一定的区别。

　　4.1 民用建筑的框架结构原则和措施

　　4.1.1 民用建筑的框架结构设计原则

　　框架结构设计的目的是使建筑物安全并能够适应使用的要求，因此我们在结构设计中要遵循这样四个基本原则：抓大放小；多道防线；刚柔相济；打通关节。（1）抓大放小。虽然建筑结构设计是一个整体概念，但组成这个整体需要很多构件，并且每个构件在整个建筑中所起的作用并不相同，当然重要程度也不相同，如“强柱弱梁”和“强剪弱弯”这两个概念就是遵循了抓大防小原则。（2）多道防线。多道防线是建筑结构体系的安全概念原则，也就是说，当有灾难发生的时候，把生存的希望分开放在多个构件上面。（3）刚柔相济。刚柔相济是建筑结构体系合理化的前提条件，因为结构刚度太大容易造成局部严重受损，而太柔的结构容易造成变形过大而无法使用。（4）打通关节。打通关节的目的是使建筑永远处于原始的静态，否则，框架结构就会发生变化，建筑物就无法维持长久平衡。

　　4.1.2 针对民用建筑建设问题的具体措施

　　为了解决土地资源缺乏和城市发展需要之间的矛盾，应加快对旧城区建筑框架结构的改造利用，并从保护历史文物和旧城遗迹角度出发，对旧城区传统居住格局、交通网络、民族建筑风貌以及地形和地貎进行分析研究后加以保护利用，新旧结合，创造建筑奇迹。高科技在建筑框架结构中起重要的作用，但需要积极选用适宜建材、技术，做到低投入、高产出。优良的室外环境组织可以提高民用建筑的居住品质，但必须与当地的气候及水土等自然条件相适应，应提倡配置本土植物、具有人性化的场地与景物以及便民健身、娱乐的设施，获得功能健全、景色宜人与经济适用的综合环境效果。

　　4.2 工业建筑的框架设计原则和措施

　　4.2.1 工业建筑的框架结构设计原则

　　首先，工业建筑在结构设计时应特别关注混凝土、钢材等基础性结构材料、室内布局、装修情况等。因为和民用建筑比，工业建筑框架结构较复杂、需要的空间较大、框架的承受能力较大。其次，建筑设计人员在完成整体的平面图设计时，应首先关注与工业建筑相关的防火间距、消防扑救以及消防安全通道。因为工业建筑比民用建筑更注重质量和安全，尤其是防火方面在工业建筑总体设计方案中占有重要的地位。工厂结构见图1.

　　4.2.2 针对工业建筑建设问题的具体措施

　　首先，工业建筑在材料选择上应格外严格，不可偷工减料。由于工业建筑对安全和灾后修复的要求都比较高，因而其耐压、耐火等级不得低于二级。其次，把有类似生产性质且分散在各地的厂房组成联合性质的大厂房，这样不但能节约大量土地，还可缩减厂区道路和管线。第三，在原有厂区增加绿化面积、在厂房内增加吸声材料、在煤库上加上顶盖等措施，能够调节空气的质量、降低噪声、消除扬尘等，这些措施都为绿色工业建筑的发展做出了重

　　要贡献。第四，增加框架结构设计的跨度和空间，能够使工厂内的空间更加充足和灵活，这样比较适应现代化大型机械设备的更替，提高厂房的利用价值。

　　图1 工厂结构图

　　5 结束语

　　总而言之，无论是民用建筑还是工业建筑，框架设计都是建筑建设的重要组成部分，它不仅影响着整个建筑结构设计方案，还影响着建筑落成后的安全和维护问题。作为建筑结构的设计人员，创新的设计思维和一定的专业水平是必需的，认真负责的工作态度更是必不可少。在平时的工作实践中要严格要求自己按照建筑结构设计的标准规范进行设计，以保证建筑的质量与安全，进而保证人们的财产和人身安全，推动建筑业更好更快地发展。

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　　[2] 纪荣洋，王文可，潘可明。建筑结构设计经验探讨[J]。低温建筑技术，2008（5）。

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框架结构设计范例篇2

　　关键词： 框架结构设计存在问题 措施

　　1 基础方面设计

　　1.1建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，未验算其稳定性。当设有一侧或多侧开口的地下室时，主体设计未考虑土压力影响进行受力分析，并验算整体建筑的抗倾覆和抗滑移稳定性。当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，未进行抗浮验算。

　　1.2建筑物在存在液化土层时，未对桩基础抗震承载力进行验算，未根据具体工程情况考虑桩侧负摩阻力对基桩承载力的影响。

　　1.3桩基础设计中，仅按竖向荷载作用进行布桩，未验算弯矩作用下承台底部边桩的反力。

　　1.4抗拔桩设计时，桩身配筋量仅按强度要求进行计算，缺少裂缝宽度验算，按裂缝宽度控制计算结果的配筋量远大于按强度要求计算的配筋量，在设计中往往缺抗拔桩静载试验及其配筋做法等要求说明。有抗拔要求的承台按一般桩基受压的承台配筋，承台顶部受拉区未配筋，筏基基础梁或地下室底板梁的受力方向与一般楼层面梁板不同，其梁配筋设计也采用平法表示但未附加图示说明，存在安全隐患。

　　1.5 单柱单桩或垂直于两桩连线方向的基础梁设计中，未考虑平衡该方向柱脚在水平风荷载或地震作用下所产生弯矩因素，基础梁两端箍筋未按框架梁抗震构造要求设置箍筋加密区，基础梁的上下主筋在桩台内锚固长度与构造做法要求未加说明。桩身考虑承受上部结构传来的弯矩作用时也未进行抗弯承载力计算，存在着抗震薄弱环节，给工程留下潜在的隐患。

　　1.6 浅基础施工图中经常未注明基槽开挖后应进行基槽检验的要求，桩基础施工图中经常未注明桩端持力层检验、施工完成后的工程桩进行竖向承载力检验的要求。

　　1.7 天然地基扩展基础持力层或桩基持力层下面存在软弱下卧层，有的工程既不进行沉降验算，又不作软弱下卧层地基承载力验算。

　　1.8压实填土地基处理问题，有的工程处于部分挖方、部分填方地段，填方地段采用压实填土人工处理地基，其压实填土地基的填料、施工、压实填土的范围以及压实填土地基检验等均未提出具体要求说明，甚至未注明压实填土的密实度要求和地基承载力特征值要求，压实填土地基施工质量如何控制，其地基承载力能否达到设计要求等均存在疑义。

　　1.9 天然地基独立基础带梁板式的地下室板设计中，地下室底板与柱下独立基础埋置于同一持力层上，结构计算中仅按上部结构荷载全部由柱下独立基础承担，而地下室底板仅按一般地下室底板受荷情况进行设计，实际上整个地下室底板与柱下独立基础在上部荷载作用上，将会一起发生沉降变形共同受力，按上述计算原则进行设计，对底板而言是偏于不安全的，有可能会导致地下室底板承载能力不足而开裂。

　　2 地下室外墙设计

　　2.1地下室外墙配筋计算：有的工程外墙配筋计算中，凡外墙带扶壁柱的，不区别扶壁柱尺寸大小，一律按双向板计算配筋，而扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋，又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调的原理，其外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋有富余量。建议：除了垂直于外墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大(如高层建筑外框架柱)之间外墙板块按双向板计算配筋外，其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。竖向荷载(轴力)较小的外墙扶壁桩，其内外侧主筋也应予以适应加强。外墙的水平分布筋要根据扶壁柱截面尺寸大小，可适当另配外侧附加短水平负筋予以加强，外墙转角处也同此予以适当加强。

　　2.2地下室外墙计算时底部为固定支座(即底板作为外墙的嵌固端)，侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩大小一样，底板的抗弯能力不应小于侧壁，其厚度和配筋量应匹配，这方面问题在地下车道中最为典型，车道侧壁为悬臂构件，底板的抗弯能力不应小于侧壁底部。地下室底板标高变化处也经常发现类似问题：标高变化处仅设一梁，梁宽甚至小于底板厚度，梁内仅靠两侧箍筋传递板的支座弯矩难以满足要求。地面层开洞位置(如楼梯间)外墙顶部无楼板支撑，计算模型和配筋构造均应与实际相符。车道紧靠地下室外墙时，车道底板位于外墙中部，应注意外墙承受车道底板传来的水平集中力作用，该荷载经常遗漏。

　　2.3 地下室外墙在计算中，有的工程漏掉抗裂性验算。

　　3 上部结构设计

　　3.1楼面计算荷载偏小或者局部隔墙计算荷载遗漏、构件设计截面尺寸或材料强度等级与计算不符，几乎是每个工程都有发现的问题，主要是由于建筑、结构专业配合不密切以及设计和审核把关不严引起的。对该问题进行整改时往往要重新电算。

　　3.2 有的工程楼层面板电算配筋时，对边梁的截面尺寸与跨度大小不加区分约束条件进行分析，一律按嵌固边支座约束条件计算，其结果有的边梁处板面支座负筋配的很多钢筋，而板跨中和内跨支座板面负筋配筋不够。设计跨度较大的悬挑板时，挑板所在的边梁和内跨板设计时未考虑挑板传来的弯矩作用也是常见的问题。

　　3.3对于一级框架和9度抗震设计的结构，抗震规范和高规均规定应根据梁的实际配筋面积进行强柱弱梁验算，SATWE软件计算时可输入梁超配筋参数，梁实际配筋时应与此相符，即实配钢筋不应大于计算量的与梁超配筋参数的乘积。有的工程框架支座负筋实配钢筋面积比电算值多出很多，而梁的箍筋与柱子的配筋按电算配筋，其结果形成强梁弱柱、强弯弱剪，与抗震设计原则相违背，对抗震极为不利，且由于支座负筋面积增大之后，又使得梁支座负筋配筋率超过2.5%，梁的箍筋直径又未增大2mm，反而带来两条违反强制性条文规定。

　　3.4地下室顶板室内外板面标高变化处，当标高变化超过梁高范围时则形成错层，未采取措施不应作为上部结构的嵌固部位，规范明确规定作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼层的顶楼盖应采用梁板结构，地下室顶板为无梁楼盖时不应作为上部结构嵌固部位。结构计算应往下算至满足嵌固端要求的地下室楼层或底板，但剪力墙底部加强区层数应从地面往上算，并应包括地下层。

　　4 框架结构设计时最经常发现的违反强制性条文的构造问题主要有：

　　普通钢筋混凝土保护层厚度取值偏小；

　　板配筋不满足受弯构件最小配筋百分率要求；

　　框架柱全部纵向钢筋的配筋率偏小；

　　框架短柱(指剪跨比不大于2的框架柱，现有大部分计算软件未提供剪跨比计算结果，现仍按框架柱的净高是否大小柱截面高度的4倍判断)未全高加密箍筋；

　　框架梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2.5%；

　　框架梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2.5%时，箍筋直径未按要求增大2mm；

　　框架梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值偏小；

　　框架梁高小于400时加密区箍筋间距偏大(如采用@100，小于梁高的四分之一)；

　　沿连梁全长箍筋的构造未按框架梁梁端加密区箍筋的构造要求采用；

　　外框筒梁和内筒连梁箍筋直径小于10mm；

　　墙体水平分布钢筋未要求作为连续梁的腰筋在连梁范围内拉通连续配置；当连梁截面高度大于700mm时，其两侧面沿梁高范围设置的纵向构造钢筋的直径小于10mm；对跨高比不大于2.5的连梁，梁两侧的纵向构造钢筋(腰筋)的面积配筋率小于0.3%；

　　框支梁未沿梁高配置间距不大于200mm、直径不小于16mm的腰筋；

框架结构设计范例篇3

　　关键词：房屋建筑；框架结构；抗震；设计要点

　　引言：建筑的结构体系主要包括了框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构等。在这些结构体系中，框架结构的设计是不利于抗震的、因此，在设计过程中，更应该加强抗震设计这一部分，从而最大程度地保证建筑的抗震能力。建筑抗震的设计要求，是根据各地的不同环境以及建筑物的特性等因素来决定的。在抗震设计时，必须要将各项因素都综合考虑进去。本文就抗震设防对框架结构的延性和钢筋要求，进行分析研究。

　　1、框架结构在地震中的形态

　　1.1、箍筋弯钩长度过短，地震时锚固失效，丧失了对纵筋的支撑和对核心混凝土的约束。底层填充墙很少或没有，造成刚度太小形成薄弱层破坏，框架结构极少发现整体垮塌的现象。对填充墙的认识不足，如窗下墙使框架长柱变成短柱，发生剪切破坏。

　　1.2、结构之间的变形缝间距普遍太小，且建筑和结构的构造不合理，导致在地震中出现相互碰撞的情况由于建筑物高度不大，尚未产生严重后果但表面破损严重，会给使用人造成心理压力，影响震后的使用，框架填充墙体破坏严重。节点破坏其主要原因是梁柱节点箍筋不足甚至没有，节点抗剪能力差。一种情况是节点区的箍筋绑扎不够牢靠，振捣混凝土时，箍筋往下滑移至柱顶区域；另一种情况是节点区箍筋绑扎困难，施工时根本就没有配置箍筋。

　　2.现有规范设计中的不足

　　2.1、给主体结构的地震分析带来困难，不易选取合适的结构抗震分析模型， 不易正确地估计地震反应从目前我国规范来讲，处理填充墙对结构侧向刚度贡献时，通常考虑将结构自振周期折减，从而放大地震作用来整体考虑，而未考虑平面及竖向填充墙体布置的不同对结构的影响。框架结构的任意楼层不可避免存的在一定数量的填充墙，而一般来讲，填充墙体会先于框架柱开裂。因此，为避免填充墙这一非结构构件受到较大损坏，用于层间位移验算的层间位移角限值必须考虑容许的填充墙体开裂程度。建议将框架多遇地震作用下弹性层间位移角限值适当减小，而多遇地震作用主要是保证结构为弹性状态，结构主要构件不同。由于填充墙体与框架梁柱存在一定间隙，并且不同材料的填充墙体，其变形也存在一定差异。故在多遇地震验算时，规范对填充墙体的刚度考虑是合理的。

　　2.2、填充墙处理不当，往往引起主体结构的破坏，如形成短柱，产生剪切破坏这一点，应该引起设计者的重视。综合各种因素，一旦进入弹塑性验算时，其层间位移超过了多遇地震下的层间位移，如果此时验算不考虑填充墙体的刚度计入，或者考虑周期折减，这种考虑将太过粗糙，验算的结果往往存在较大误差甚至错误。此时应计入填充墙体刚度的影响，可将其折算成混凝土剪力墙结构来计入考虑，其现行规范对弹塑性层间位移角限值是比较保守的，可以增大。

　　3、建筑框架结构抗震设计说明

　　3.1、 20世纪70年代以来，人们在总结大地震灾害经验中提出了“概念设计”，概念设计是指正确地解决总体方案、材料使用和细部构造，以达到进行合理抗震设计的目的。掌握概念设计，将有助于明确抗震设计思想，灵活恰当地运用抗震设计原则，使不致于陷入盲目的计算工作，做到比较合理地进行抗震设计。

　　3.2、地震对建筑物作用的显著特点是与建筑物本身、场地土的动力特性有关。当地震波从震源经过基岩传播到建筑场地后，地表土相当于一个放大器和一个滤波器。它一方面把基岩的加速度放大，地表土越深，土质越差，放大作用越显著，对建筑物产生的震害也越大；另一方面由各种不同频率组成的地震波通过地表土时，与场地土自振周期一致的成分得到放大，不一致的成分衰减，地表土起到了滤波器的作用，使地震波的主频率与场地卓越周期的频率一致。建筑物在地震作用下要受到惯性力，使建筑物产生内力与位移。地震力的大小与建筑物的质量和刚度有关。在同等烈度的场地条件下，建筑物的自重越大，受到的地震力也越大，因此，减轻结构自重，不仅可以节省建筑材料，而且有利于抗震。同样，结构刚度越大，周期越短，受到地震力也越大，因此，建筑的刚度不宜过大。在满足许可位移的前提下，可以适当调整建筑物的刚度，适当延长建筑物的周期，降低地震力，这会有很大的经济效益。

　　4、房屋建筑框架结构抗震设计采取的措施

　　4.1、对于装修改造工程，必须严格遵守国家有关规定，不得损坏原有建筑结构，要确保结构安全。做好细部构造，使非结构构件成为抗震结构的一部分，在计算分析时，充分考虑非结构构件的质量刚度强度和变形能力。选用合理的抗震结构，加强结构的主体刚度，以减小主体结构的变形量，防止非结构构件的破坏。设计过程中，应充分考虑非结构构件对主体结构的影响，并考虑可能出现的短柱，在设计中予以加强。

　　4.2、框架结构抗震措施

　　4.2.1、在框架结构设计中，应力求做到在地震作用下的框架呈现梁铰型延性机构，为减少梁端塑性铰区发生脆性剪切破坏的可能性，梁的变形能力主要取决于梁端的塑性转动能力，而塑性转动能力与截面混凝土受压区相对高度有关；梁底面和顶面纵向钢筋的比值同样对梁的变形能力有较大影响，梁底面的钢筋可增加负弯矩时的塑性转动能力，还能防止在地震中梁底出现正弯矩时过早屈服或破坏过重。

　　4.2.2、弯矩调整：框架结构的变形能力与框架的破坏机制密切相关，实验研究表明，梁先屈服，可使整个框架有较大的内力重分布和能量耗散能力，柱一般在轴向压力作用下，其延性通常比梁的要小，如果不采取“强柱弱梁”措施，柱端很可能比梁端先出现塑性铰。因此适当调整柱计算内力并增大配筋，使塑性铰首先出现在梁端，抗震性能较好。对于一、二、三级框架节点的上下柱端，其组合的弯矩设计值之和∑MSc应按下式调整：

　　∑Mc=ηc∑Mb

　　由于抗震规范规定的柱端弯矩增大措施只能适度推迟柱端塑性铰的出现，而不能避免出现柱端塑性铰，因此对柱端也应提出“强剪弱弯”要求，避免柱底部在弯曲破坏之前出现剪切破坏。对于一、二、三级框架柱的柱端截面组合的剪力设计值V应按下式调整：

　　V=ηVc（Mcb + Mct）/ Hn，

　　同时，抗震设防烈度为9度和一级框架还要符合：V=1.2（Mcuab + Mcuat）/Hn，式中，ηVc为柱端剪力增大系数，一、二、三级框架分别取1.4、1.3、1.2.Mcb、Mct、Mcuab、Mcuat 分别为柱上下端截面组合时的弯矩设计值和实配的钢筋按标准值计算的所能承担的弯矩值。

　　控制柱的轴压比：轴压比越大导致柱的抗压强度储备越低，在地震时混凝土容易压碎而导致柱的破坏，限制柱轴压比可提高柱的延性。

　　5、结束语

　　建筑框架结构虽然是抗震的不利结构形式，为了避免地震给人类带来大的巨大灾难，克服框架结构的诸多弊端，运用科学有效的方法和手段，确保建筑结构安全，从而实现建筑正常的使用功能。指出抗震设计要保证建筑小震不破坏，大震不倒塌，达到安全而经济的目的。

框架结构设计范例篇4

　　关键词：高层建筑；框架—剪力墙；结构设计；连梁；抗震措施

　　Abstract： This paper starting from the frame - shear wall structural characteristics， the force characteristics of the frame structure， the shear wall lateral stiffness and the number of improvements， and frame structure of the coupling beam design problem。Key words： high-rise building； frame - shear wall； structural design； coupling beam； earthquake measures

　　中图分类号：TB482.2 文献标识码：A

　　框架一剪力墙结构由框架和剪力墙两种不同的抗侧力结构组成，由于剪力墙的抗侧刚度比框架的抗侧刚度大得多。故它们的协同作用既可以提供整体结构较大的抗侧力，也利用了框架结构可以提供较大空间的优越性。因此这种结构体系整体性好、刚度大、侧向变形小、抗震性能好，易于满足高层结构中现行国家规范限定值要求，而得到广泛应用。

　　1 框剪结构的特点

　　框架一剪力墙结构也称作框架一抗震墙结构，简称框剪结构；这种结构型式是在框架结构中布置一定数量的剪力墙，使得房间布置比较灵活自由，可以满足多种建筑功能的要求，构成灵活自由的使用空间，尤其是在公共建筑中，深受广大设计人员的喜爱。

　　框剪结构是由框架和剪力墙两种不同的抗侧力结构组成，这两种结构的受力特点和变形性质是不同的。在水平力作用下，框架变形曲线为剪切型，楼层越高，水平位移增长越慢，在纯框架结构中，各榀框架的变形曲线类似，楼层剪力按框架柱的抗侧刚度D值比例进行分配；而剪力墙在水平力的作用下，其变形曲线呈弯曲型，剪力墙是竖向悬臂弯曲结构，楼层越高水平位移增长越快，顶点水平位移与高度是四次方关系：

　　均布荷载时：u=qH4/8EI；

　　倒三角形荷载时：u=11qmaxH4/120EI。

　　（2）框剪结构，要使框架与剪力墙协同工作，框架与剪力墙的合理布置就显得尤为重要；剪力墙的布置宜分布均匀，单片墙的刚度宜接近，长度较长的剪力墙宜设置洞口和连梁形成双肢墙或多肢墙，框架部分承受的地震倾覆力矩不大于结构总地震倾覆力矩的10％时，按剪力墙结构设计，其中的框架部分应按框架一剪力墙结构的框架进行设计；当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的10％但不大于50％时，应按框架一剪力墙结构进行设计；当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％但不大于80％时，按框架一剪力墙结构进行设计，其最大适用高度可比框架结构适当增加，框架部分的抗震等级和轴压比限值宜按框架结构的规定采用；当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的80％时，按框架一剪力墙结构进行设计，其最大适用高度可比框架结构采用，框架部分的抗震等级和轴压比限值宜按框架结构的规定采用。其中对于这种少墙框剪结构，由于抗震性能较差，不主张采用，以避免剪力墙受力过大、过早破坏。

　　2 受力特性分析

　　框剪结构体系的工程应用表明，框剪结构是框架和剪力墙两种结构的有机结合。剪力墙结构的位移曲线具有悬臂弯曲梁的特征，位移越往上增大越快，成外弯形开口曲线。而在框剪结构中，框架和剪力墙之间通过平面内刚度无限大的楼盖连接在一起共同抵抗水平力，结构水平位移特征处于框架和剪力墙之间，为反S型曲线，是弯剪型。因此，在框剪结构中，剪力墙在下部楼层变形小，承担了近80％以上的水平剪力。而在上部楼层，框架变形小，可以协助剪力墙工作，抵挡剪力墙的外拉变形，从而承受很大的水平剪力。所以，框一剪结构是框架和剪力墙两种结构水平变形的有机协调，从而达到减少结构变形，增强结构侧向刚度，提高结构抗震能力的目的，在结构设计中具有很强的适用性。框剪结构中框架、剪力墙的受力特性可以用结构刚度特性值λ，即框架刚度与剪力墙刚度的比值来表达。

　　工程实践表明：

　　（1）λ过小，结构变形曲线呈弯剪型，即剪力墙用量过多，此时，结构刚度增大，自振周期缩短，地震力相应增加，结构延性降低，尤其对框架顶部几层极为不利。一般说来，剪力墙数量增多对抗震有利，但超过必要限度也是不合理和不经济的，为了使框架充分发挥作用，剪力墙刚度不宜过大。

　　（2）λ过大，结构变形曲线呈剪弯型，即剪力墙用量过少，结构刚度较差，常不满足变形要求，同时，框架受力过大，梁柱截面尺寸加大，导致不经济，因此，剪力墙刚度不能过小。

　　3 框架一剪力墙中剪力墙的合理配置

　　国内外对众多框架一剪力墙结构遭受到地震后展开凋查，对其震害进行统计分析后得到一系列的经验数据。日本采用平均压应力一墙面积表示法来分析，其中平均压应力σ=G/(Ac+Aw)，G为楼层重量，Ac，Aw分别为框架柱及剪力墙的面积。国内根据已建的大量框架一剪力墙结构，提出底层结构截面面积Ac+Aw与楼面面积Af之比及Aw与楼面面积Af之比(见表1)，供设计参考。

　　表1 墙、柱面积与楼层面积百分比

　　4 剪力墙抗侧移刚度以及数量的改进

　　框架剪力墙结构中，剪力墙的抗侧移刚度往往比框架要大的多，因此剪力墙抗侧移能力的大小往往决定了整个结构的稳定。在设计中，除了要考虑结构强度外，还要考虑结构的整体刚度。因此在开始设计时，合理的选择剪力墙的数量，无论对于后期设计还是结构的合理性，都是必不可少的。

　　地震作用是房屋破坏的主要原因之一，对于一些高层建筑来说就不得不考虑用剪力墙结构。因此需要设计人员设计出剪力墙的合理数量。剪力墙数量过多固然结构抗侧移刚度越大，抗地震作用也就相对的较强一些。但是，当结构刚度过大时，由于周期过短，地震作用反而有可能会更加强烈，而且浪费了一定的材料。因此只从抗震方面来看，剪力墙并不是越多越好，选取合理的剪力墙数量才能达到结构稳定的优化。在地震作用中一直存在着刚性与柔性的说法，如表2.

　　5 剪力墙连梁的设计

　　框架一剪力墙结构中框架与剪力墙、剪力墙与剪力墙的连接方式有铰结与刚结两种。铰结为通过楼板连接来保证剪力墙与框架协同工作，刚结为通过连梁连接来保证剪力墙与框架协同工作。在铰结体系中，由于没有考虑连梁的约束作用，使得楼板作用显著，要保证剪力墙与框架协同变形和工作，楼板必须绝对刚性。在刚结体系中，连梁对墙和柱都会产生约束，连梁将承担着较大的剪力和弯矩，约束作用明显，并可以与楼板一同作为连接构件，传递弯矩、剪力、轴力。

　　当结构遭受小于其设防烈度的多遇地震时，整个结构处于弹性工作阶段。当遭受高于其设防烈度的罕遇地震时，连梁形成塑性铰消耗地震能量，结构刚度降低，自振周期加大，地震力降低，减轻结构破坏。但由于连梁跨高比小，两端连接的墙或柱刚度差异较大，连梁变形产生较大的内力而破坏。连梁破坏有脆性的剪切破坏和延性的弯曲破坏，设计时应尽量避免连梁发生剪切破坏，让连梁先屈服。形成塑性铰。连梁设计时可以考虑以下措施：

　　(1) 对连梁的刚度进行折减，既保证了塑性铰出现在连梁上，又减少其内力，满足结构设计要求。高层建筑混凝土结构技术规程5.2.1规定，在内力与位移计算中，抗震设计的框架一剪力墙或剪力墙结构中的连梁可予以折减，折减系数不宜小于0.5.结构设计中，设防烈度6、7时连梁折减系数一般取0.7，8、9度时连梁折减系数一般取0.5.

　　(2) 若连梁刚度折减后内力还是过大，截面设计困难，可在连梁截面高度的中间开设水平通缝。

　　(3) 为保证连梁的延性，设计时应做到“强墙(柱)弱梁”，“强剪弱弯”，截面尺寸应符合规范设计要求。

　　(4) 不宜将楼面主梁支承在连梁上。

　　6 结语

　　在框架-剪力墙结构的设计过程中，应避免采用平面、竖向或者空间不规则的结构形式，遵照“建筑设计应符合抗震概念设计，不应采用严重不规则的设计方案”的原则；通过对结构的合理布置和精确计算，能够使我们的建筑更加经济合理，有效地抵抗外部力量的破坏，以达到我们所要求的设计功能。

　　参考文献：

　　[1]黄本才。高层建筑结构力学分析[M]。北京：中围建筑工业出版社，1990.

　　[2]包世华，方鄂华。高层建筑结构设计(第2版)[M]。北京：清华大学出版社。1990.

　　[3]梁启智。高层建筑结构分析与计算[M]。广州：华南理工大学出版社，1992.

框架结构设计范例篇5

　　关键词：框支剪力墙；结构设计；平面布置

　　中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

　　引言

　　无论地震区还是非地震区，框架剪力墙结构都有优势，在我国得到广泛的应用。框架剪力墙结构结构本身的复杂性，概念设计与计算设计具有同等的重要地位。以下我们以框架剪力墙结构的概念出发，分别从如何确定剪力墙的数量和如何布置剪力墙位置进行探讨，详细论述框架剪力墙结构体系的设计。

　　一、框架剪力墙结构设计的基本概念

　　剪力墙是现代高层建筑中一项重要建筑内容，框架剪力墙的尺寸大小必须符合建筑规定，原则是尺寸较大但厚度必须较小，几何特征应该呈板状，受力接近于柱形。在剪力墙结构中，墙是平面构件，其承受力沿着平面作用的水平剪力和弯矩外，还必须考虑到竖向压力。在弯矩和轴力及剪力的共同作用下进行作业，其受力水平作用下可以看成了底部嵌固于基础上的悬臂深梁。

　　设计剪力墙时，应该根据各种墙体本身的特点，以及不同的受力特征和要求，墙体内力分布状态和破坏形态，全面具体地考虑设计配筋和构造措施。框架剪力墙结构设计是考虑了水平和竖直两个方向作用所进行的结构整体分析，所以求得内力后需按照偏压或偏拉进行正截面受力计算。

　　二、框架剪力墙的构造设计内容

　　框架墙结构就高层建筑而言，在实际工程中运用最多，抗震墙要有足够的数量以满足层间位移限值，位置相对灵活。抗震墙适合连续布置、全长贯通。在设计时应避免墙肢长度的突变以及洞口上下的不对齐。同时，洞边距柱的内侧应不小于300mm，以保证柱作为边缘构件的作用和约束边缘构件的长度。双向抗侧力的结构形式是使纵横墙相连，使彼此成为有缘的剪力墙。对于一、二级抗震框架剪力墙，连梁跨高比不宜大于5，且高度不小于400mm。柱中线与梁、墙中线不宜大于柱宽的1/4，以减少地震作用对柱的扭转效应，否则可以采取加强柱内配箍率的方法来弥补。

　　如果剪力墙的剪跨比大于2，连梁的跨高比大于2.5，那么设计的剪压比不宜大于0.2，但如果剪力墙的剪跨比小于2，连梁的跨度比小于2.5，那么剪压比不大于0.15.另一方面，框架剪力墙结构的底部加强区的设计范围应该不小于200mm且不小于层高的1/16，其他部位应不小于160mm且不小于层高的1/20，框架剪力墙结构的墙周围应设置梁或暗梁与端柱组成边框。剪力墙的水平分布能够起抗剪作用，这种设计中，当建筑物较高较长或为框剪结构时，配筋应该适当增加，特别是在梁部位或温度、刚度变化等敏感部位最好适当增加；这时还应该考虑到墙的竖向钢筋，因为它主要起抗弯作用，并且在一些多层剪力墙构造配筋时所取的配筋率一般不扣除约束边缘构件或构件边缘构件的钢筋。

　　剪力墙数量的设计

　　框架剪力墙结构中一个非常重要的问题就是剪力墙的设置问题，包括设置位置和数量，剪力墙设置数量的多少，是关系到框架剪力墙结构体系能经济，合理，并体现体系优越性的关键环节。剪力墙少了，结构不安全，剪力墙多了，又不经济。所以需要合理确定剪力墙的最佳数量。

　　首先，按照规范要求，在一个独立的结构单元内，剪力墙的设置数量应符合下列要求和原则：(1)为能充分发挥框架—剪力墙体系的结构特性，剪力墙在结构底部所承担的地震弯矩值应不少于总地震弯矩值的50%。否则，应按框架体系对待；(2)沿结构单元的两个主轴方向，按《抗震规范》地震力计算出结构弹性阶段层间位移角，对于一般高楼和具有高级装修标准的高层建筑，应分别不大于1/650 和1/800.同时还应满足《高层规程》中规定的按弹性方法计算的结构顶点位移与总高度之比，对于一般高楼和具有高级装修标准的高层建筑，应分别不大于1/700和1/850；(3)结构的重力荷载效应和地震效应组合后，剪力墙边框柱的配筋不至于由拉力控制，也就是说，剪力墙受拉区的边柱，按拉力计算出的竖向钢筋量，应该小于按受压状态计算出的钢筋量；(4)剪力墙布置不宜过分集中，每道剪力墙承受的水平力不宜超过总水平力的40%。其次，剪力墙数量的设置还应考虑抗震设防烈度、近场远场的影响、场地土、结构侧移限值等方面的因素。

　　四、剪力墙位置的设计

　　除去剪力墙的设置数量，还需要正确确定剪力墙的设置位置。一般情况下，对于矩形、L形、T 形、口形平面，剪力墙应沿纵横两个方向布置。对于圆形和弧形平面，应沿径向和环向布置。每个方向剪力墙的布置原则上应尽量做到分散、均匀、周边、对称。

　　1、分散。剪力墙的布置应考虑地震力分散作用于刚度大致相等的多片剪力墙上。因为如果地震力集中作用到一两片刚度很大的剪力墙上，会造成墙体内力很大，截面设计困难，且主要受力剪力墙一旦破坏后，其余较弱剪力墙和框架很难额外负担起该剪力墙传来的很大地震力，以致出现破坏。

　　2、均匀。同方向的各片剪力墙应比较均匀地布置在建筑平面的各个区段，而不是集中于某一区段内，以防止因楼盖过大的水平变形导致地震力在各福框架间的不均匀分配。

　　3、周边。剪力墙尽可能沿结构平面的周边布置，以获得结构抗力的最大水平力臂，充分提高整个结构的抗扭转能力。

　　4、对称。剪力墙应尽量做到对称布置，如果在平面上难于做到对称布置时，可通过调整剪力堵的长度和厚度，使结构的抗推刚度中心尽量与质量中心相接近，缩小偏心距，以减弱地震时结构的扭转振动。

　　5、在一个独立结构单元内，同一方向的各片剪力墙不宜是单肢墙，应多设置一些双肢墙或多肢墙，以避免同方向所有剪力墙同时在底部屈服而形成不稳定的侧移机构。

　　在每一独立结构单元的纵向和横向，均应沿两条以上的且相距较远的轴线设置剪力堵，使结构具有尽可能大的抗扭转能力。一般情况下，剪力墙宜布置在竖向荷载较大处、平面形状变化处或楼盖水平刚度剧变处、楼梯间。但是，纵向剪力墙不宜设置在独立结构单元的两端，以免纵向框架梁和楼板因受到变形约束的区段过长而产生较大的收缩和温度应力。

　　五、剪力墙设置合理的检验

　　当然，水平位移满足《建筑高层规程》的要求，是合理设计的必要条件之一，但不是充分条件。即是说：合理的设计，水平位移应满足限值，但水平位移限值满足，不一定是合理的结构，还要考虑周期，地震力大小等综合条件。这是因为，抗震设计时，地震力大小与刚度直接相关。抗侧刚度小，结构设计并不见得合理，由于地震力也小，所以位移也有可能在限值范围内，此时并不能认为结构设计合理。所以，在满足侧移条件外，还应综合其他因素。

　　首先，通过结构自振周期的计算验证剪力墙的布置。其次，可通过计算结构的底部剪力来验证剪力墙的布置。根据目前许多工程的计算结果截面尺寸，结构布置都比较正常的结构，将各层位移连成侧移曲线，应具有反S形曲线，且接近直线。在刚度较均匀的情况下，位移曲线应连续光滑，无突然凹凸变化和折点。

　　结束语

　　作为框架剪力墙结构的抗震设计的第一道防线，剪力墙的设计的好坏是非常重要的，直接关系到国家和人民财产的安全，因此，必须予以高度的重视。这样才能使设计出来的房屋建筑具有良好的抗震性能和足够的抗震可靠度。

　　[1]谷倩，朱飞强。双连梁与深连梁剪力墙结构抗震性能对比分析[J]。土木工程学报，2010 [s1]。

　　[2]张建勋。框架剪力墙结构的概念设计要点分析[J]。建筑设计管理，2011（10）。

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