框架结构

框架结构是多层建筑中最常用的结构形式之一，具有传力清晰简单的特点，受到结构工程师的青睐。框架结构的构件应力形式主要为弯曲，杆可采用各种延性材料，形成钢框架、钢筋混凝土框架、强度混凝土框架、木框架等框架形式。无论哪一种，其宏观应力条件都是一样的。本文以钢筋混凝土框架为例，阐述了框架结构的各种特点。

框架结构房屋的结构组成

框架结构的组成包括梁、板、柱和基础。

梁柱节点为刚性节点，个别情况下为半铰链节点。柱的基础主要是刚性节点基础，有时是铰链节点。框架结构属于超静态结构，在机械计算中通常称为刚性框架。

柱

柱是框架的主要承重构件和抗侧向力构件，是框架的关键构件。框架结构的柱大多是矩形的，从室内的角度来看，一般突出在墙上。近年来，随着计算技术的发展和室内空间要求的提高，异形柱逐渐流行起来。”L”、“T”、还使用了“十”形状的柱子。在一些大型建筑中，也使用圆柱。

梁

梁在框架中起着双重作用。一方面，梁承受板的荷载，传递到柱上，然后通过柱传递到基础上；另一方面，梁也协调柱的内力，与柱共同承受垂直和水平荷载，在框架各种荷载下的弯矩和剪力图上可以清楚地看到。

框架之间的梁称为连接梁。理论上，连接梁不承受荷载，只连接框架。事实上，连接梁还应调整框架的不均匀应力，以促进框架的应力更加均衡。与此同时，一些连接梁也承受着从板上传来的荷载。

板

板不仅是直接承受垂直荷载的构件，而且在水平荷载中也起着非常重要的作用。板是保证框架结构空间刚度的重要组成部分——板的平面刚度很大，甚至可以认为是无限的，可以起到协调各柱侧向力的作用，有效平衡各框架之间的受力不均匀。在楼梯间，由于没有连续的地板，空间刚度大大降低，这个不利的空间要靠四角柱来稳定。因此，许多工程师将楼梯间四角的柱设计成相对较大的尺度。

梁板一般采用钢筋混凝土整体浇筑，以保证这种空间刚度，预制地板不能满足要求，因此对于地震区，现浇地板是必要的。

墙

框架结构的墙体只是填充墙体，即分隔和围护的作用，不承担任何重量和作用。没有墙，框架结构仍然存在。因此，墙体应与框架可靠连接，防止结构在意外受力时被抛出，但应避免与框架连接过密，形成整体工作系统，改变框架的受力状态。

由于框架柱独立地将上部荷载传递到地面，每根柱可以单独设计其基础，因此框架主要采用柱下的独立基础。但有时由于荷载较大或基础相对较弱，以及各独立基础下的土层差异，独立基础之间形成基础不均匀变形，导致地面结构裂缝，或由于独立基础面积过大，在实际施工中形成各基础连接状态，设计师经常选择柱下的条形基础。

一方面，柱下的条形基础可以调节柱之间的应力，使基础承受的荷载更加均匀。另一方面，条形基础的基础面积大于独立基础，更有利于基础对荷载的承载和分布，提高了基础的完整性。条形基础可设计为单向平行条形基础，也可设计为交叉梁基础，具有较好的完整性。

对于较高的框架结构或地质条件相对较弱的区域，框架结构的基础也可以选择筏板基础——用筏板连接每根柱子，协调柱子之间的作用，形成完整的基础，更有利于荷载的传递。筏板基础施工非常方便，但由于筏板较厚，混凝土量较大，选择时应小心。

基础梁一般设置在基础与基础之间，其作用是平衡柱承受的弯矩，减少弯矩作用引起的基础偏心。

框架结构房屋的结构组成

计算平面

由于框架结构的横向柱数量少，刚度弱，由于计算技术的限制，传统的框架结构设计大多进行横向平面结构的设计和计算，使横向梁在设计中成为框架梁。与横向结构相比，纵向柱较多，刚度较大，一般仅作为结构处理，纵向框架与框架之间的连接梁作为连接梁。然而，随着现代建筑形状的复杂性和计算技术的发展，现代框架结构有时很难明显区分框架梁和连接梁。

框架结构一般采用正交矩形柱网，在整体平面上形成矩形。当然，这并不是绝对的。计算技术的发展可以保证现代工程技术的进入，面对任何复杂的平面都可以做出令人满意的设计。

计算荷载传递

在框架结构中，力主要是垂直力和水平力。垂直载荷来自自重和各种活载荷。除特殊载荷外，大部分垂直载荷设计为均布载荷，可直接作用于框架（地板框架梁），也可通过其他部件（次梁）通过集中载荷传递到框架（地板设置在非框架梁的次梁上，然后由次梁传递到框架梁上）。框架结构的垂直载荷由梁板系统承担，然后传递给柱，由柱传递给基础。

水平荷载主要是由风和地震的作用产生的。由于地板承受着建筑物的主要重量，地震时会在地板高度产生巨大的地震力，因此水平地震荷载一般被简化为作用于地板高度的水平集中力。框架的风力作用在建筑物的侧墙上，然后通过侧墙传递到承受墙体的框架梁上，因此风荷载也可以简化为框架的集中作用。也就是说，水平荷载的简化结构是作用于各层高度的水平集中荷载。

框架结构的内力图

从内部力图可以看出，框架结构的梁柱共同协调受力。除垂直荷载下等跨结构中柱不能承受弯矩外，柱在其他情况下也应弯曲。对于顶柱，由于轴向荷载较小，弯矩更为明显。

简述了框架结构的计算方法

在实际的工程设计中，框架结构的内力基本上是通过计算机进行精确分析来完成的。然而，手工算法也经常被使用，主要是对简单的框架进行初步分析，了解手工算法，这对掌握框架结构的机械概念和结构结构非常重要。

1.垂直荷载作用下的近似计算分层计算法。

从精确的分析方法和弯矩图可以看出，在垂直荷载的作用下，多层多跨框架的侧移较小，每层荷载对其他层杆的内力影响较小，因此可以在计算中简化。分层计算方法的基本假设是：在垂直荷载的作用下，可以忽略框架的侧向位移，忽略本梁上垂直荷载对其他层梁的内力的影响。此时，多层框架可以根据单层框架进行解决，大大简化了误差允许范围内的计算过程。

2.水平荷载作用下的近似计算-反弯点法。

框架结构的水平荷载（地震力、风力）可简化为节点上的水平集中力。在集中力的作用下，框架梁和柱的弯矩图为直线，杆件有一个弯矩为0的点。如果能找到弯点的位置和弯点的剪力，则可以找到框架梁和柱的内部力图。

当框架梁线刚度与柱线刚度之比大于3时，框架上部各层节点的测量角度非常小，可以在计算中简化和忽略。在计算中，基本假设框架梁线刚度与柱线刚度之比无限大，上下柱端仅侧移，同一柱各端侧移相等，除底层外，各柱上下角相等。这样，工作点的位置确定在柱的中间，采用剪力分配法，可以得到框架结构的内部力图。（剪力分配方法见排架部分）

3.水平荷载作用下改进反弯点法-D值法。

改进的反弯点法是在分析多层框架应力和变形特性的基础上，提出修正柱的抗侧移刚度和调整反弯点高度的方法。修正后柱的抗侧移刚度用D表示，称为D值法。

其两个改进是：一是增加柱侧移刚度修正系数，反映节点转动降低柱抵抗侧移的能力，根据梁柱线刚度比计算柱侧移刚度；二是调整反弯点高度，分析发现柱上下反弯点高度