民用建筑框架结构设计要点与考虑

1.框架结构组成及适用范围

框架结构，系指由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构，一般由框架柱和框架横梁通过节点连接而成。框架节点通常为刚接，主体结构除个别部位外，均不应采用铰接。

框架结构体系的优点是建筑平面布置灵活，可以提供较大的内部空间，建筑立面也容易处理，结构自重较轻，构件简单，施工方便，计算理论也比较成熟，在一定的高度范围内造价较低，因而特别适合用于商场、展览馆、医院、旅馆、教学楼、办公楼等公共建筑以及多层工业厂房。

框架结构体系的缺点是框架结构本身的柔性较大，抗侧力能力较差。在风荷载作用下会产生较大的水平位移；在地震荷载作用下，非结构性的部件破坏较严重（如建筑装饰、填充墙、设备管道等）。因此，在采用框架结构时应控制建筑物的层数和高度。

2.框架结构柱网布置

柱网布置包括柱网及层高的确定。柱网布置原则是：满足使用要求，结构受力合理，用材节省，造价经济，施工方便，且能与施工机械的运输、吊装能力相适应。同时，柱网布置应力求行距、列距一致，且宜布置在同一轴线上。除房屋底部或顶部以外，中间各层通常层高相同。这样，传力直接，受力合理，又可减少构件规格、型号。柱网布置应注意以下几点。

1）工业建筑柱网布置

工业建筑柱网布置应满足生产工艺要求，多层厂房的柱网布置有内廊式、等跨式、对称不等跨式几种，如图1.69所示。

图1.69　多层厂房柱网布置

2）民用建筑柱网布置

民用建筑柱网布置应满足建筑平面布置要求。对于旅馆、办公楼等，其柱网布置可采用两边跨为客房与卫生间，中间跨为走道；或两边跨为客房，中间跨为走道与卫生间。也可取消中间一排柱子，将柱网布置成两跨。而且柱网布置应与纵横隔墙相协调，尽量使柱子布置在纵横隔墙的交叉点上。图1.70为已建的工程柱网布置情况，民用建筑框架结构典型的柱网布置如图1.71所示。

图1.70　民用建筑的柱网布置（单位：m）

(www.xing528.com)

图1.71　框架结构的典型平面布置

3）柱网布置应使结构受力合理

多层框架主要承受竖向荷载。其横向柱列布置时，应考虑到结构在竖向荷载作用下内力分布均匀合理，各种构件材料强度得以充分利用。如图1.72所示为两种框架结构。显然，在竖向荷载作用下框架A的横梁跨中最大正弯矩、支座最大负弯矩及柱端弯矩均比框架B大。

多层框架的纵向柱距，一般可取一个建筑开间和两个建筑开间。前者开间小，柱截面常按构造配筋，材料强度不能充分利用，建筑平面也难以灵活布置。所以，多层框架的纵向柱列布置多采用后者，如图1.72（b）所示。

图1.72　框架弯矩图（弯矩单位：kN·m）

3.受力特征和变形特点

因为框架结构主要承受竖向荷载（如恒载和屋面活荷载）和水平荷载及作用（如风荷载和水平地震作用），所以常把框架结构看成是由横向平面框架和纵向平面框架组成的空间受力体系。为此，《高层规程》规定，框架结构应设计成双向梁柱抗侧力体系。

在竖向荷载作用下，框架结构受力明确，传力简捷，也便于计算；在水平荷载作用下，抗侧刚度小，变形呈剪切型，水平侧移大，底部几层侧移更大。与其他高层建筑结构相比，属柔性结构。框架结构自下而上内力相差较大，相应的构件类型也较多。框架结构的突出优点是建筑平面布置灵活，能满足较大空间要求，特别适用于商场、餐厅等。

框架在水平力作用下，在竖向构件的柱和水平构件的梁内均引起剪力、轴力和弯矩，这些力使梁、柱产生变形，如图1.73（a）所示。框架侧移由两部分组成：一是框架在水平力作用下的倾覆力矩，使框架的近侧柱受拉、远侧柱受压，形成框架的整体弯曲变形，如图1.73（b）所示；二是由水平力引起的楼层剪力，使梁、柱产生垂直于其杆轴线的剪切变形和弯曲变形，形成框架的整体剪切变形，如图1.73（c）所示。当框架的层数不太多时，框架的侧移主要是由整体剪切变形引起的，整体弯曲变形的影响甚小。

图1.73　水平荷载下框架结构的变形

在框架结构布置时，框架梁柱中心线宜重合，尽量避免偏心。当梁柱中心线不重合时，梁柱中心线之间的偏心距，不宜大于柱截面在该方向宽度的1/4。超过时可采取增设梁的水平加腋等措施。

框架结构常采用轻质墙体作为填充墙及隔墙。抗震设计时，如采用砌体填充墙时，其布置应避免上、下层刚度变化过大；避免形成短柱，并应减少因抗侧刚度偏心所造成的扭转。为保证墙体自身的稳定性，砌体填充墙及隔墙的墙顶应与框架梁或楼板密切结合，且应与框架柱有可靠拉结。《高层规程》特别指出：框架结构按抗震设计时，不应采用部分由框架承重，部分由砌体墙承重的混合形式。框架结构中的楼梯间、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。