文献综述

随着经济的发展、人们生活水平的提高、建筑要求的提升,混凝土组合结构在建筑行业得到了迅速发展。随着建筑造型和建筑功能要求日趋多样化,无论是工业建筑还是民用建筑,在结构设计中遇到的各种难题也日益增多,建筑结构设计是建设工程设计的重要环节,是保障建筑结构安全、实现建筑使用功能的灵魂[1]。

采用框架结构形式,可形成内部大空间,能进行灵活的建筑平面布置,因此,框架结构体系在结构设计中应用甚广,对于框架结构的内力目前多采用计算机辅助软件来进行分析和计算,但是目前有的工程设计人员过分地依赖计算机的计算结果,而缺少独立分析问题、解决问题的能力,致使在一些图纸中出现不必要的问题,为以后事故的发生埋下隐患。每个设计者的经验不同,对规范的理解不同,所以在处理某个设计问题时,也就会采取不同的处理方法[2]。

钢筋混凝土框架结构是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成的。由主梁、柱与基础构成平面框架，各平面框架再由连续梁连接起来形成空间结构体系。钢筋混凝土框架结构是一种由梁、柱组成的超静定结构体系,在地震、风荷载等作用下需设计成延性结构,以便很好地吸收和耗散能量,保证结构具有足够的抵抗变形能力,确保结构安全[3]。高层建筑采用框架结构体系时，框架梁应纵横向布置，形成双向抗侧力构件，使之具有较强的空间整体性，以承受任意方向的侧向力。框架结构具有建筑平面布置灵活、造型活泼等优点，可以形成较大的使用空间，易于满足多功能的使用要求。在结构受力性能方面，框架结构属于柔性结构，自振周期较长，地震反应较小，经过合理的结构设计，可以具有较好的延性性能[4]。其缺点就是整体侧向刚度较小,在强烈地震作用下侧向变形较大,容易使填充墙产生裂缝，并引起建筑装修、玻璃幕墙等非结构构件的破坏。不仅地震中危及人身安全和财产损失,而且震后的修复工作和费用也很大[5]。框架结构的承载力较低，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构件，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。纵横向框架混合承重方案纵横向框架混合承重方案是沿纵横两个方向上均布置有框架梁,作为楼盖的主梁,楼面荷载由纵,横向框架梁共同承担.它具有较好的整体工作性能[6]。不同等级混凝土邻接面的留设在钢筋混凝土结构中,高层建筑

框架结构的梁柱节点比较复杂,由于荷载组合及内力计算的结果,要求同一层的竖向结构(柱、墙)混凝土强度等级高于水平结构(梁、板)的混凝土强度等级。钢筋混凝土框架结构,水平施工缝通常留于柱脚,柱顶若要留水平施工缝则应留于梁底。若同层的竖向构件和水平构件的混凝土同时浇捣,则柱顶不留施工缝[7]。钢筋混凝土异形柱框架结构是近年来推广使用的一种新型结构体系，其抗震性能一直被人们所关注。研究异形柱框架结构的抗震性能及设计方法，有重要的理论意义和实用价值。目前国内外研究者对异形柱构件抗震性能的试验研究较为深入，对异形柱框架结构的试验研究则相对较少；对异形柱框架结构基于力的设计方法的研究较多，对基于位移的抗震设计方法的研究则尚属空白，而后者代表了未来结构抗震设计的发展方向[8]。

钢筋混凝土框架结构属于具有多个多余约束的超静定结构,其荷载效应不仅与外荷载大小有关, 还与结构构件的材料特征、几何构造特征有关。钢筋混凝土框架结构的分部优化设计,即是在结构整体内力分析完成后,根据梁柱各构件的控制内力进行截面优化设计,确定满足荷载效应水平要求的各结构构件的几何特征和配筋量的优化结果,由此导致原结构的几何特征和荷载特征发生变化, 优化结构在现荷载作用下内力分布特征发生变化,各构件控制截面上的控制内力也发生相应变化,据此再进行新一轮的优化设计。因此框架结构的分部优化设计实际上是一个迭代、渐进的寻优过程, 计算结果虽不总能等价于整体优化设计结果,但通常能给出工程实用的满意结果。钢筋混凝土框架结构的分部优化设计方法的具体步骤为:

（1）初始选型:根据结构平面、立面布置及建筑物设计使用功能,分析结构所受的竖向荷载和水平荷载及其传力路线,并考虑施工因素,归并框架梁、柱的类型,初选梁柱的几何尺寸;

（2）结构分析:按照结构的实际几何构造特征,计算结构所受竖向荷载及水平荷载,对钢筋混凝土结构进行空间内力分析。根据结构分析结果,将截面尺寸相同的构件的控制截面内力,根据其大小进行分类,并确定每一类构件的设计控制内力;

（3）截面优化设计:针对每一种梁柱构件的控制内力进行优化设计, 得出优化约束条件下的结构几何构造特征和配筋特征的优化设计结果,从而构成新的优

化意义上的设计结构;

（4）收敛性判断:在工程精度意义上选取一个较小的数值,作为检验结构收敛性的条件,进行收敛性判断。若优化结构与原结构基本一致,则认为优化结构是收敛的,可以转入下一步的可行性判断,否则转回第②步重新进行结构分析、优化设计;

（5）可行性判断:对优化设计结果进行一次内力分析,检验其可用性。若整体分析能够满足工程设计要求,则可按此方案进行配筋和构造处理,作为最终的优化设计结果。否则需根据工程经验和结构内力分析结果进行局部调整,直到方案可用为止[9]。

目前，国内外对钢管混凝土结构的研究多集中于基本构件的力学行为，较好开展钢管混凝土框架结构工作性能的研究。本文对钢管混凝土框架结构的抗震性能进行试验与理论研究，具有重要的工程实践和理论指导意义。钢管混凝土框架结构抗震性能的试验研究。基于现有规范相关规定，设计的钢管混凝土框架在低周反复荷载下能形成梁铰破坏机制。其变形能力、承载能力、延性、耗能能力等受力性能均满足抗震要求。框架模型的有效延性系数达到7.54，远大于一般延性框架延性系数的要求。基于钢管混凝土柱抗弯刚度研究成果，应用“D”值法的基本原理，计算钢管混凝土框架结构的水平侧移，与试验测试值符合较好[10]。

在土木工程的发展过程中，工程实践经验常先行于理论，工程事故常显示出未能预见的新因素，触发新理论的研究和发展[11]。至今不少工程问题的处理，在很大程度上仍然依靠实践经验。

以下是我通过本次毕业设计对框架结构设计及相关过程中遇到的困难所得出的认识及个人看法

一：框架结构体系的特点:

1结构自重较轻。

2建筑立面容易处理。

3计算理论比较成熟。

4设计时要控制高宽比。

5建筑平面布置灵活，能获得较大空间空间,也可按需要做成小房间[5]。

6整体侧向刚度较小，水平荷载作用下侧移较大,有时候影响正常使用。

二、框架结构体系选择的因素及适用范围:

1考虑建筑功能的要求。例如多层建筑空间大、平面布置灵活时。

2考虑建筑高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件等因素[6]。

3非抗震设计时用于多层及高层建筑。抗震设计时一般情况下框架结构多用多层及小高层建筑。

4框架结构体系是介于砌体结构与框架-剪力墙结构之间的可选结构体系。框架结构设计应符合安全适用、技术先进、经济合理、方便施工的原则。

5框架结构由于其抗侧刚度较差[7]，因此在地震区不宜设计较高的框架结构。在7度设防区，对于一般民用建筑，层数不宜超过7层，总高度不宜超过28米。在8度设防区，层数不宜超过5层，总高度不宜超过20米。超过以上数据时虽然计算指标均满足规范要求，但是不经济[8]。

三：框架结构结构布置原则：

1结构平面形状和立面体型宜简单、规则框架抗震等级，使各部分均匀对称，减少结构产生扭转的可能性。

2控制结构高宽比，以减少水平荷载下的侧移。

3尽量统一柱网及层高，以减少构件种类规格，简化设计及施工。

4厂房的总长度宜控制在最大温度伸缩缝间距内，当厂房长度超过规定值时，可设伸缩缝将厂房分成若干温度区段[9]。

四：框架结构的承重方案：

根据承重框架布置方向的不同，框架承重体系可分为：

1．横向框架承重方案：

在横向上布置主梁，在纵向上设置联系梁。楼板支撑在横向框架上，楼面竖向荷载传给横向框架主梁。由于横向框架跨数较少，主梁沿框架横向布置有利于增加房屋横向抗侧移刚度。由于竖向荷载主要通过横梁传递，所以纵向联系梁往往截面尺寸较大，对于给定的净空要求使结构层高增加。

2．纵向框架承重方案：

在纵向上布置框架主梁，在横向上布置联系梁。楼面的竖向荷载主要沿纵向

传递。由于联系梁截面尺寸较小，这样对于大空间房屋，净空较大，房屋布置灵活。不利的一面是进深尺寸受到板长度的限制，同时房屋的横向刚度较小。3．纵横向框架混合承重方案：

框架在纵横两个方向上均布置主梁。楼板的竖向荷载沿两个方向传递。柱网较小的现浇楼盖，楼板可以不设井字梁直接支撑在框架主梁上。由于这种方案沿两个方向传力，因此各杆件受力较均匀，整体性也较好，通常按空间框架体系来进行内力分析。

五:变形缝的设置。

在框架结构总体布置中,考虑到沉降、温度变化和体型复杂对结构的不利影响,可用沉降缝、伸缩缝和防震缝将结构分成若干独立的部分[10]。框架结构设缝后,给建筑、结构和设备的设计和施工带来一定的困难,基础防水也不容易处理.因此,目前的总趋势是避免设缝,并从整体布置或构造上采取相应的措施来减小沉降、复杂温度变化或体型复杂造成的不利影响。当必须设缝时,应将框架结构划分为独立的结构单元。

六：构件设计及构造措施。

1.从抗震设计及抗震设计的内力组合设计值中，选取最不利的内力设计值进行

截面配筋计算[11]。

2.构件的抗震承载力计算方法：

2.1正截面承载力：实验研究表明，在低周反复荷载作用下，构件的正截面

承载力与一次加载时的正截面承载力没有太多差别。因此，对框架梁、柱、剪力墙及连梁等构件，其正截面承载力仍可用非抗震设计的相应公式计算，但应考虑相应承载力抗震调整系数。

2.2斜截面受剪承载力：实验研究表明，在低周反复荷载作用下，构件上出

现俩个不同方向的交叉斜裂缝，直接承受剪力的混凝土受压区因有斜裂缝通过时，其受剪承载力比一次加载时的受剪承载力要低，因此抗震设计时，框架梁、柱、剪力墙及连梁等构件的斜截面受剪承载力取比非抗震设计时低，且应考虑相应的承载力抗震调整系数。

七.荷载及其效应计算中常见问题分析

1 .活荷载的折算与折减

对于单向板肋梁楼盖中的连续梁板，往往忽略次梁对板、主梁对次梁的约束作用而采铰支座确定其计算简图，当考虑楼面活荷载的最不利布置时，支座实际的转动将减小连续梁板的内力使得计算误差较大。此时应考虑活荷载的折算，即在保持总荷载不变的前提下，将部分活载折算为恒载进行内力计算，减小计算简图带来的误差。这在用活荷载最不利布置进行楼板及次梁内力计算时一定要考虑，但本人的设计按照活载满布方式求内力，所以不需考虑活载折算，用弹性法只需将跨中弯矩扩大 1.1～1.2 倍进行调整，笔者用1.2倍。

在计算楼面梁和柱、基础时,考虑到楼面活荷载不可能以荷载规范给出的标准值同时满布在所有楼屋面上,需考虑活荷载的折减。对于教室、实验室、阅览室、会议室、医院门诊室等建筑，其楼面梁、柱和基础各自的从属面积超过50m2时，折减系数均为0.9。

2 .地震作用计算时结构自振周期的计算

笔者的设计是质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，手算地震作用时采用底部剪力法，底部总剪力等于结构基本自振周期对应的地震影响系数与等效重力荷载代表值的乘积。《高层建筑混凝土结构技术规程》中关于底部剪力法的规定明确指出基本周期应按照顶点位移法计算(B. 0. 2 条) 。

3 . 抗震组合中不考虑屋面活荷载

在进行竖向荷载统计时，考虑到屋面活荷与雪荷载标准值同时出现的概率极小，《建筑结构荷载规范》4.3.1条规定：屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合,所以二者中只取较大值进行计算。在进行内力组合时，非抗震组合中的活载内力应是根据屋面活载与雪荷载较大值计算出的，而抗震组合中的活载内力应是取屋面雪荷载计算出的。

4 . 每榀框架上的层间剪力计算

有些同学只针对一榀框架进行重力荷载代表值的统计，从而求出地震作用和层间剪力，用于内力计算。这样简化计算其实概念上非常不明确，是将结构问题

简化成了力学问题。笔者按照结构单元进行每层的重力荷载代表值统计，计算结构单元的自振周期、结构单元上作用的地震作用和层间剪力，然后根据侧移刚度的比例将层间剪力分配到所选的框架上再计算内力。

5 .梁弯矩调幅中跨中弯矩的处理

在计算竖向荷载作用下的框架内力时，需要考虑梁端负弯矩调幅。在进行框架梁设计时，可以主动考虑塑性内力重分布，对梁端负弯矩进行适当调幅，达到调整配筋分布、节约材料、方便施工的目的。当降低梁端负弯矩后，塑性内力重分布就会提前出现，梁的最终承载能力主要取决于跨中截面的弹性承载能力，所以跨中弯矩需要按照平衡条件相应增大，才能保证框架梁的总体承载能力不变。

6.内力组合中的“有利”问题

构件截面内力组合中出错最多的是某种荷载效应对组合目标内力来说是“有利”的，但仍然按照“不利”时的分项系数计算，特别是以“轴力最小”为目标进行柱截面内力组合时最容易出错。《建筑结构可靠度设计统一标准》中7.0.4条规定当荷载效应对结构构件承载力“有利”时，永久荷载的分项系数取1.0，不考虑可变荷载。在进行内力组合时，必须进行组合目标内力与竖向荷载内力之间的符号关系判别（水平荷载内力左右均考虑，选取不利值即可）框架抗震等级，若二者符号一致，此竖向内力应对结构不利，若二者符号相反，则此竖向内力应对结构“有利”再区分此竖向内力是由永久荷还是可变荷引起的，正确选取分项系数进行内力组合。

八.结构截面设计中的常见问题分析

1 .场地类别对抗震等级的影响

抗震等级对于框架截面设计的影响很大。一般情况下根据房屋高度和设防裂度从抗震规范中直接查出抗震等级，但对于“场地类别为Ⅰ类时，除6度外，可按表内降低1度所对应的抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低”。当采用Ⅰ类场地时，抗震计算的抗震等级与采取抗震构造措施的抗震等级不一样，而笔者的毕业设计的场地类别为二类，按照原先的抗震构造措施。

2 .框架柱的计算长度

确定框架结构计算简图时取框架柱的长度为结构的层高，但实际上梁柱纵筋相互交叉形成的节点连接是介于刚接与铰接之间的,更接近于刚接。所以《混凝土结构设计规范》7.3.11条规定了各种柱的计算长度,对于现浇框架的底层柱取l0= 1. 0 H0，其余各层柱取l0= 1. 25 H0。

九．总结

随着社会和生产发展以及城市的扩大，人越来越多和越来越集中。工作也越来越繁忙，工作的机构也越来越大[12]。框架结构具有建筑平面布置灵活，室内空间大等优点。框架结构具有良好的抗震性、延性、整体性等，将会越来越多的使用到办公建筑种去。

毕业设计是学生在大学期间最后阶段的综合训练，对全面提高学生的专业素质和综合能力具有重要意义[13]。该毕业设计是综合应用我们四年来所学基础知识、专业知识和技术知识来解决具体的土木工程问题，使我能够在指导老师的指导下，比较独立地完成办公楼的设计，可以熟悉相关的设计规范、手册、标准图集，掌握、等办公软件技术，为我以后工作打下坚实的基础。

参考文献

[1] 《房屋建筑学》武汉工业大学出版社2000年

[2] 《屋面建筑构造》江苏省建筑配件标准图集苏J9503

[3] 混凝土结构设计规范(－2002)

[4] 《混凝土结构设计原理与计算》中国建筑工业出版社2002年

[5] 周果行编著《房屋结构毕业设计指南》中国工业出版社2004年

[6] 张述勇《工业与民用建筑专业毕业设计知道》地震出版社

[7] F. E .,DR.ENG，the and of ，2009

[8] 许安之艾志刚主编《高层办公综合建筑设计》中国建筑工业出版社1977年

[9] 《现行建筑设计规范大全》中国建筑工业出版社出版发行2002年

[10] 《基础工程》高等教育出版社2003年

[11] , bud Lei Ji, Ghosh， of frame ，2011

[12] 黎志伟编著《办公空间设计与实物》广东科技出版社

[13] 梁兴文史庆轩主编《土木工程专业毕业设计指导》科学出版社