框架结构范文

导语：如何才能写好一篇框架结构，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：框架结构；填充墙；楼板；承载力；刚度；强柱弱梁

Abstract: In recent years the concrete frame structure damage appeared to violate fortification goal column hinge failure mechanism and the criterion of strong column and weak seismic fortification “beam" phenomenon, this reference to our current standard analysis main factors to” strong column-weak beam ", provide a reference for design of future, truly achieve the " strong column and weak beam ".

Keywords: frame structure; filled wall; floor; bearing capacity; stiffness; strong column and weak beam

中图分类号：TU973+.15 文献标识码：A文章编号：

引言

钢筋混凝土框架结构是指由梁和柱相连接而构成承重体系的结构，其自身抗侧刚度较小，在地震作用下结构产生的侧移较大，为了保证其抗震性能，设计时遵循“强柱弱梁、强剪弱弯”的设计理念，即在地震力作用下梁先于柱屈服，在梁端先形成塑性铰耗能机制。但是在汶川，玉树地震中框架结构的震害却呈现出“柱铰型”的破坏机制，与现行设计理论不符，所以分析产生“强梁弱柱”的“柱铰型”破坏机制的原因，对以后抗震设计中实现“强柱弱梁”有重大意义。

图1 汶川地震震害图片

“强梁弱柱”震害现象的主要原因分析

2.1楼板对梁刚度的影响

楼板连接各楼层的梁构件，与梁、柱共同浇注形成一个整体结构，增加了结构整体的抗侧力刚度，在整体刚度分配时，梁的抗弯刚度就得提高，而且在结构局部发生破坏时，楼板还会对其产生一定的拉应力，以减缓这种破坏效应。所以现浇楼板与整体结构的协调工作，使梁的抗弯刚度和抗弯承载力都得到了很大程度的增加。

通过对有无楼板结构及弹塑性楼板结构和弹性楼板结构进行参数分析，分析结果表明，现浇楼板的存在不仅延缓框架粱的破坏速度，使梁较难出现塑性较，而且使楼板结构吸收的地震能量比无楼板结构大，造成其最大位移及层间位移角都远大于无楼板结构，其基底剪力小于无楼板结构基底剪力。而基于弹性楼板假定的结构分析模型，仍然不能真实有效地反映楼板在非线性阶段对结构的空间作用。一方面，现浇楼板使整体结构吸收地震作用大，另一方面又对框架梁起到一定的增强作用，使得“强柱弱梁”的抗震设防目标较难实现。我国《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）5.2.2条规定，现浇楼盖中梁的刚度可以考虑翼缘的作用予以增大，增大系数可取1.3~2.0，来满足，但基于结构配筋时梁、板单独计算，这样梁中实际配筋就为梁和板的计算配筋之和，而规范中并没有考虑，国内外学者验证这部分能提高梁承载力的20%~30%,这样对于"强柱弱梁"的实现就有很大影响。

2.2填充墙对结构的影响

填充墙作为框架结构的重要组成部分, 理论上起围护作用, 而不作为受力构件存在，但其存在必然影响结构的受力性能。水平方向上，不同剪力墙数量和分布影响结构侧向刚度，从而结构地震力的分布；竖直方向，不同楼层剪力墙的数量、分布影响层间刚度，形成薄弱层。我国《抗规》（GB50011—2010）第3.7.4 条规定:框架结构围护墙和隔墙，应估计其设置对结构抗震的不利影响, 避免不合理设置而导致主体结构的破坏。但并没有明确确定该如何考虑填充墙对结构抗震的不利影响。实际工程设计采用考虑非承重墙刚度对结构自振周期的折减系数来调整结构的自振周期, 从而影响地震力的计算,但这种方法并不能完全符合实际设计情况。另一方面，在地震力作用下填充墙约束框架梁的变形，特别是连接比较紧密的情况时，增大了梁的刚度，这方面设计时可以尝试将填充墙转化为一定厚度的剪力墙才考虑它的约束机制。

2.3柱轴压比对结构的影响

我国《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)规定, 框架结构柱的轴压比限值在0.65～0.85 之间, 随抗震等级提高而减小。与日本、新西兰等国规范相比, 我国规范的轴压比要大很多, 约是其2～3 倍。由得，轴压比限值越高,相同情况下柱的截面允许尺寸就越小。虽然这样能够满足使用空间大、美观、经济等的要求, 但减小了结构的安全储备性能, 并降低了梁柱线刚度比。

2.4 梁柱刚度比过大

当梁柱刚度比超过一定值，在地震力作用下，柱的相对弯矩增幅会大于梁的相对弯矩增幅，也就是框架柱会先于梁达到抗弯承载力值而出铰；并且当层间剪切变形达到一定程度后，即使柱端纵筋不屈服，柱端混凝土压应变也会达到极限压应变而发生破坏，导致柱端抗弯承载力降低。再加上P-效应，使结构无法再形成强柱弱梁屈服机制。

3 结语

框架结构设计时，以“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构架”为目标，但工程震害出现了“强梁弱柱”的震害现象，说明抗震理论和实际还存在着一定距离，结构设计软件也存在着一些缺陷。造成“强梁弱柱”的实际因素还很多，本文只是就其几个主要因素做了简单分析。加快理论研究与实际结合的步伐，弥补抗震措施的不足，对“强柱弱梁”机制的实现具有重大现实意义。

参考文献：

[1]GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S]．

[2]叶列平，曲哲，马千里，林旭川，陆新征，潘鹏．从汶川地震中框架结构震害谈“强柱弱梁”屈服机制的实现[J]·建筑结构，2008，38(11)：52-59.

[3]韦锋，傅剑平，白绍良．我国混凝土框架结构强柱弱梁措施的实际控制效果[J]．建筑结构，2007(8)：5-9．

[ 4 ]田志鹏, 张新培, 赵统.汶川地震中多层钢筋混凝土框架结构房屋震害分析[J].建筑结构，2009，39(11):67-71.

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关键词：框架结构，抗震设计，构造措施

中图分类号：TU973+.31 文献标识码： A 文章编号：

一、框架结构的震害

框架结构的震害主要集中于梁柱节点处，柱的震害重与梁；角柱重于内柱；短柱重于一般柱。以下就框架柱顶，柱底，柱身，梁，梁柱的节点的震害做了简要介绍:①柱顶：柱顶的破坏，轻则在柱顶有周围水平裂缝、斜裂缝或者交叉裂缝，重者则混凝土被压碎崩落，柱内箍筋被拉断，纵筋压曲成灯笼状，分许其原因是由于节点处于弯矩、剪力、轴力的复合作用下，且三者都比较大，柱的箍筋失效，混凝土剥落，轴向力使纵向钢筋压曲。这种震害在高度区较为普遍，修复也较困难。② 柱底：常见的震害是在离地面100-400mm处有周围水平裂缝，重者混凝土剥落，钢筋压屈，一般是由柱底箍筋较少或者是混凝土浇捣不够密实而引起的。③柱身：当地震剪力较大而柱抗剪强度不足的时候，柱身可能出现斜裂缝。④梁：一般梁的震害较轻，通常是在梁的两端节点附近产生周围竖向裂缝或者斜裂缝。⑤梁柱的节点：在地震的反复的作用下，节点主要承受剪力和压力，由梁的两端的反号弯矩引起节点核心区很大的剪力，是核心区混凝土处于剪压复合应力状态。当节点核心抗剪强度不足引起剪切破坏，表现在核心区产生斜向对角的通长裂缝，节点区的箍筋屈服、外鼓甚至崩段。

二、框架结构抗震设计步骤

与非抗震结构设计相比，考虑抗震的结构设计在确定结构方案和结构布置时要考虑是结构的自震周期避开场地的卓越的周期，否则应调整结构平面，直至满足为止。在框架结构的抗震设计中大部分可分为以下几个步骤：①、根据设计基本资料确定地震计算参数。②、进行抗震概念设计，合理布置结构体系。③、根据地震设计参数计算结构的总体地震响应，检查各地震控制指标是否满足规范要求，不满足的要调整结构体系直至满足为止。④、计算地震力。⑤、根据地震力计算结构内力。⑥、根据内力计算结果计算各构件配筋。⑦、按照规范要求调整截面配筋，并采取各种抗震构造措施。

三、框架结构抗震设计的基本要求

有抗震性要求的框架结构，应设计成延性框架，遵守“强柱弱梁” 、“强剪弱弯”、强节点、强锚固等设计原则，柱截面不宜过小，应满足结构侧移变形及轴压比的要求。在进行框架结构抗震设计的时候，需要确定框架结构的抗震等级，根据不同的等级进行设计，主要是为保证框架结构具有较好的延性，并且能满足合理、经济的设计要求。构件设计时应满足各自的基本要求：①框架结构在进行梁端抗震设计时，既要允许塑性铰在梁上出现又不要发生梁剪切破坏，同时还要防止由于梁筋屈服渗入节点而影响节点核心区的性能，使梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力，梁筋屈服后，塑性铰区段应有较好的延性和耗能能力。②框架柱在设计时，应该遵循强柱弱梁，使柱尽量不要出现塑性铰，在弯曲破坏之前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力，同时控制柱的剪切比不要太大。③框架节点在地震破坏时，主要是节点核心区剪切破坏和钢筋锚固破坏，因此在设计时，要采取“强节点弱构件”的设计概念，保证在多遇地震时，节点应在弹性范围内工作；在罕遇地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递。

四、框架结构构件抗震设计的构造措施：

在进行构件截面设计时，须求的控制截面的最不利内力作为配筋的依据。对框架梁，一般选梁的两端截面（最大负弯矩）和跨内截面（最大正弯矩）为控制截面；对框架梁柱，则选柱的上下段截面为控截面。最不利的内力就是在控制截面处对截面配筋起控制作用的内力。同一控制截面，可能有好几组最不利的内力组合。内力组合的目的就是要求得控制截面上的最不利内力。为了求的控制截面上的最不利的内力组合，应考虑到荷载同时出现的可能性，对荷载效应进行组合。荷载效应组合应按照考虑地震作用组合和不考虑地震组合分别进行。

（1）框架梁的截面抗震设计尺寸，宜符合下列各项要求：截面宽度不宜小于 200mm；截面高宽比不宜大于 4；净跨与截面高度之比不宜小于4。在计算出梁控制截面处考虑地震作用的组合弯矩后，可按一般钢筋混土受弯构件进行正截面受弯承载力计算。梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于 2.5％，且计入受压钢筋的梁端混凝土受压区高度和有效高度之比，一级不应大于 0.25，二、三级不应大于 0.35。梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值，除按计算确定外，一级不应小于 0.5，二、三级不应小于 0.3。梁端剪力设计值应根据强剪弱弯的原则，按的要求加以调整，对一、二、三级抗震等级分别采取1.3、1.2、和1.1梁端剪力增大系数。

（2）框架柱的截面抗震设计尺寸，宜符合下列各项要求：截面的宽度和高度均不宜小于 300mm；圆柱直径不宜小于 350mm。剪跨比宜大于 2。截面长边与短边的边长比不宜大于3。柱轴压比不宜超过下表的规定；建造于Ⅳ类场地且较高的高层建筑，柱轴压比限值应适当减小。柱的钢筋配置，应符合柱纵向钢筋的最小总配筋率，中柱和边柱的一、二、三、四抗震等级分别是1.0、0.8、0.7、0.6，角柱、框支柱的一、二、三、四抗震等级分别是1.2、1.0、0.9、0.8。同时每一侧配筋率不应小 0.2％；对建造于Ⅳ类场地且较高的高层建筑,数值应增加 0.1。 当采用 HRB400 级热轧钢筋时应允许减少 0.1，混凝土强度等级高于 C60 应增加 0.1。

（3）框架节点核芯区箍筋的最大间距和最小直径宜按规范中的柱箍筋加密区的箍筋最大间距和最小直径，一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于 0.12、0.10 和 0.08 且体积配箍率分别不宜小于 0.6％、0.5％ 和 0.4％。柱剪跨比不大于 2 的框架节点核芯区配箍特征值不宜小于核芯区上、下柱端的较大配箍特征值。

五、结语

框架结构的抗震设计是一个非常复杂的过程，需要考虑的因素很多，只有充分了解了自身的特点，结合现场的实际情况，才能确保整个框架结构的安全可靠，经济合理且便于施工。

参考文献

[1]杨鼎久.建筑结构[M].机械工业出版社.2005

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一、楼梯在地震中的震害及讨论

专家们在经过实地深入的考察，感慨良深。我们原先的设计中，不考虑楼梯参与抗震，都把它当做一种简单的板类结构独立的进行受弯设计，只计算恒荷载+活荷载工况，然而楼梯与主体结构的整体浇筑，实际上已经形成了一种特殊的斜撑抗侧力构件，梯板将产生轴力，楼梯板已变成拉压弯构件，它不仅参与结构抗震，而且对结构的动力特性有着很大的影响。

当楼梯的斜撑效应对主体结构产生影响时，结构的周期、阵型将会发生变化，特别是当楼梯位于结构的角部时，影响是非常大的。这种斜撑作用在地震作用中受力复杂，但又很容易吸收更多的地震力，而我们原本的设计没有考虑楼梯参与地震作用，这就加剧了楼梯在地震中的破坏。除了计算中存在的问题外，楼梯的抗震构造措施也不足，致使地震中很多逃生通道根本起不到理想的作用，造成无法挽回的悲剧。

二、楼梯概念设计的理论分析

楼梯在建筑物中是一个空间结构，各种构件以相当复杂的方式共同工作，这种复杂的、非弹性性质的、材料的时效、阻尼变化等多种因素，在实际计算中存在着不准确性。故在建筑抗震理论远未达到很科学严密的情况下，单靠理论计算很难使楼梯具有良好的抗震能力，因而在实际工程设计中我们多了许多概念，假定与简化。如楼梯不宜放在建筑物的角部和边部，以便于荷载的传递；同时减少水平地震力作用下空间扭转作用的影响。实际上踏步和平台梁是整体连接，计算时需要在支座处加构造负筋；以往在建筑工程中负筋一端锚入楼梯梁，另一端伸进楼梯板四分之一的踏步板跨度。但通过实际工程震害发现，在梯板四分之一处梯板断裂或梯板混凝土剥落。因此建议将梯板负钢筋拉通配置，并且负筋伸入梯板内长度≥LaE。

再次，楼梯板在水平地震力作用下具有桁架中的腹杆效应，将产生较大的拉压力。楼梯板由原先我们只考虑竖向力时的受弯构件，转变为“拉压弯”构件，加强了楼梯处的局部抗侧刚度；结构刚度越大，地震作用效应越大，配筋越多。楼梯参与整体计算时的楼梯板配筋要比常规做法计算出来的钢筋面积大出40%左右，当楼梯板不能承受地震力所产生的轴力及弯矩，势必出现梯段被拉断的情况。这样为抵御地震而配的钢筋，增加了结构的刚度，反而又使地震作用效应增强。这样不仅加大了结构构件的设计难度，还增加了造价成本。

三、楼梯构件的实用设计方法

1、如果将楼梯参与整体计算，那么需要做一下几点改进：1.调整结构布置，以平衡计入楼梯刚度导致的扭转不规则。2. 楼梯板不应按照常规的纯弯构件来计算，应该计入地震力产生的轴力，按照拉弯构件来计算，这仅仅靠上皮添加通长钢筋并按照配筋率确定钢筋面积是不精确地，而应该按照计算结果设计。3.适当加宽楼梯梁和休息板厚度，以承担梯板斜撑作用传递来的平面外剪力。4.加强框架柱在半层休息板位置处的节点构造（增大框架柱的箍筋面积，减小箍筋间距， 提高框架柱体积配箍率），以防止地震力下的剪切破坏。

上述是以加强的方法来考虑楼梯的斜撑作用，如果一味的加强楼梯间构造，并不是解决问题的最好方法。

2、我们不妨换个思路，既然“抗”是比较困难的，那么我们就以“放”的方式解决问题。

1）既然楼梯间的破坏始作俑者是楼梯板在地震时产生的轴力，那么，不如把楼梯板的轴力释放掉，使它在地震力作用下不对框架产生轴力，如果把楼梯和主体分离开，将楼梯梯跑下端设置成滑动支座，在第一阶楼梯踏步下安装一个近似消震的装置，放置一层油毡（或者柔性材料），地震来时梯板滑移，消耗能量。那么地震时梯板将不会对框架产生轴力，楼梯板不具备斜撑效果，框架结构也将不会因为这种斜撑的作用致使刚度的变化。

2）由于梯梁、梯板与梯柱、框架柱为现浇，这样框架柱就很容易形成短柱，再次放大地震效应，对楼梯极为不利。为此，我们将休息平台板与框架柱之间分离开，预留≥5cm空隙；主体完工后，平台用柔性材料进行嵌缝，不影响平台的正常使用功能；同样道理，梯梁与框架柱之间脱离开，梯梁端部与楼梯平台，梯柱浇筑在一起，梯柱离框架柱一定的距离，这样在概念上避免了由于梯梁，梯板，框架柱之间由于现浇而产生的短柱，降低了框架柱分担的地震剪力，保护了楼梯的安全。

经过上述方法处理楼梯后，楼梯变形增加，柔性更大。在水平地震力作用下楼梯参与结构整体受力变小，楼梯更安全，结构更合理。

（上接第563页）

内容

成本效益 建筑物围护结构 供热系统 围护结构+供热系统

门窗 外墙保温 屋顶防潮保温 室内温控和计量 二次网和可能的热源 围护结构 供热系统

分项单位面积成本（元/m2） 50 100 50 20 30 200 50

单位面积成本

（元/m2） 200 50 250

直接节能效果

（kgce/m2） 9 9 15

形成1吨标准煤节能能力的成本（元/tce） 22000 5500 17000

节能效益（元/m2） 7.2 7.2 7.2

投资回收期（年） 28 7 21.3

3.3 合同能源改造工程——威海汇泉服装公司节能改造

威海汇泉服装公司用“LED绿色照明”取代传统的高能耗日光灯照明，通过提高照明效率来减少用电量。项目初期的改造费用由专业节能公司承担，通过项目实施后节约的电费折算来逐步收回投资。威海汇泉服装有限公司不仅零投入进行照明装置升级，而且还从节能费用中分享收益。

通过实地测试，安装LED节能灯后，工作台照度平均提高60%，过道照度平均提高50%。根据目前的平均用电量计算，该项目完成后，五年内合计可节电约74万度，节省电费约67万元，节能率达63%。折算节省标煤300吨，减排二氧化碳783吨，相当于2万平米住宅或193辆1.5L汽车一年的碳排放。

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关键词:旧房改造;抗震加固;加层设计;构造

Abstract: review the old houses in the reconstruction of feasibility analysis, fully exploit the original structure of the bearing potential, choose appropriate increase layer structure form, do add layer with the original building of the part between tectonic processing, add layer renovation and the old houses seismic strengthening, and the combination of improve the seismic resistance of buildings.

Key words: the old modification; Seismic strengthening; Add layer design; structure

中图分类号：TU311 文献标识码：A 文章编号：

对旧建筑物增层改造特别适合我国国情，它具有投资少、收效快、不占地、不需搬迁、节省城市配套费及美化市容等许多优点，其经济效益非常显著，具有强大生命力。

这些建筑物大多数是砖混结构的办公楼、宿舍、住宅、病房及汽车库等。增层层数普遍是1~2层。对旧建筑进行增层扩建，可以扩大建筑面积，增加建筑物的使用功能，同时又基本不增加土地使用面积，是缓解建筑用地紧张的有效途径。但增层工程是一项复杂而细致的工作，增层得当，可节约投资，又避免了拆迁各项公共生活设施和市政设施。如果处理不当，则劳民伤财，甚至会危及人民生命财产安全。

1 工程概况

滨州市北海饭店中心楼，原设计为3层，框架结构、柱下独立基础，建筑面积约2700。该办公楼设计单位为滨州市建筑设计研究院（1999年）。因无相应资料，施工单位和开竣日期不详。

2 房屋质量现状检测

为了更加贴近结构的实际现有情况，改建设计前，业主委托有关建筑质量监督检测单位对主体结构进行全面检测。

2.1房屋的损坏情况

2.1.1基础

经开挖检查发现基础基本完好，无风化、酥碱等现象。

2.1.2承重砖墙

外墙局部有一定的风化现象，风化深度3~5mm，且有少量砖块出现酥碱现象。底层部分窗台下墙体中部有竖向裂缝，裂缝最宽2~3mm。其他墙体未发现明显因地基不均匀沉降或结构受力产生的裂缝。

2.1.3混凝土构件

对混凝土的碳化深度进行测试，楼板碳化深度5~10mm，梁碳化深度一般为8~15mm，即混凝土构件碳化深度较大。

检查发现，由于混凝土保护层部分深度碳化、失去了对钢筋的防护作用，使保护层产生顺钢筋的裂缝，局部保护层脱落，出现钢筋锈蚀现象。

2.2房屋的不均匀沉降和垂直偏斜测量

2.2.1不均匀沉降测量

采用水准仪配以标尺测量原设计处与同一设计标高的勒脚线的相对高程，测得房屋无明显高差，不均匀沉降量仍在规范允许范围内。

2.2.2房屋垂直偏斜测量

对房屋的外墙阳角线顶端进行垂直投影，测量其相应底部的偏移值。测量结果为外墙向东偏斜，最大偏移值为30mm，倾斜率为0.26‰，在规范允许范围内。

2.2.3建筑材料现有强度测试

现场采用回弹、取芯等测试方法测得钢筋混凝土构件强度值为21.1~26.2Mpa ,由于建成年代较久，所测混凝土强度等级可取C20。

3 结构复核计算和分析

加层部分材料特性：框架部分混凝土C30，外采用250mm加气混凝土砌块墙体，内墙均采用GRC轻质隔墙。为了全面了解加层后的整体结构情况，采用了中国建筑科学研究院编制的satwet三维空间结构计算软件对加层加荷后的结构作整体计算。（根据规范将混凝土和钢筋的强度乘以0.9的折减系数）。

结构计算分析考虑的基本设计条件是：设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，根据《建筑抗震设计规范》GB50011――2001，抗震设防类别为丙类，建筑场地类别为Ⅲ类，场地特征周期Tg＝0.55 s，设计基本加速度为0.10g。结果显示，原建筑物的自震周期、层间位移比、底层柱轴压比均达不到设计要求，说明加层、加荷后建筑物整体的承载力、抗震能力不能满足要求，必须进行加固处理。

通过计算，原建筑的地基承载力和基础能满足要求，梁板也能满足设计要求，但已建成的部分框架柱承载力不满足要求，轴压比超出规范要求，梁柱节点承载力不能满足要求，均需要加固。

4加固设计

通过对原建筑物调查分析表明，框架结构破坏的情况主要有：柱端弯剪破坏，角柱双向受弯、受剪及扭转破坏，填充墙剪切破坏。所以该原建筑物加固设计目的主要为：解决提高承载力的同时加强抗震设计，减轻自重，同时能满足加固后合理使用年限为50年。

4.1框架柱加固

由于加层后荷载增加，柱截面偏小，造成底层柱轴压比均超限，并且原1层、2层和3层柱承载力均不足。故原底层柱采用双面加大截面法加固，每边增加50mm，既提高了承载力又能满足轴压比的要求。

外包混凝土强度为C30，按增加截面后重新计算结果来配置纵筋，纵筋下端用结构胶值入基础中，上端植入框架梁中。新浇柱应设U形箍，并与原柱箍筋焊接。新浇柱混凝土应紧贴梁底，不得留有间隙。

2层和3层柱的加固采用干式外包钢法加固。角钢采用Q235B，四角角钢采用L75×6，连接缀板的间距为300mm，角钢穿过楼板遇到钢筋时应与钢筋接在一起。严格要求焊接质量，钢材与混凝土构件之间用乳胶水泥填实。

4.2梁柱节点加固

为了更好的满足框架结构的“强锚固强节点”设计要点，本次加固重点处理节点设计，更加注重抗震概念设计，所以对原框架节点进行加固。在节点区采用横穿钢筋，四角加焊角钢的方法加固。横穿钢筋与角钢焊接前应用夹具夹紧，角钢穿过楼板遇到钢筋时应与钢筋焊接在一起。

4.3结构的整体加固

由于结构的最大层间位移角满足抗震规范的要求，所以不需要整体加固。经过以上加固处理后再应用satwet三维空间结构计算软件对建筑物结构整体计算，结果均满足规范要求。

由于加强结构构造连接措施，完善抗震加固，抗震性能得到极大增强，可确保结构体系的坚固性和耐久性。目前，该建筑物已加固完成，使用情况良好。

5 结论

（1）在既有建筑增层改造的设计过程中，应根据原结构的检测鉴定结果，合理确定新增结构的设计使用年限和荷载，并采取合理措施，以使新老结构的安全可靠度处于同一水准之上。

（2）对老建筑物进行改造特别是加层之前，应对房屋进行全面的检测和鉴定，调查清楚原建筑的原结构形式和传力路线，测试材料的现有强度，测量原建筑的不均匀沉降情况、损坏和老化情况，并应根据现场调查情况进行抗震和静力验算。综合检测分析改造的可行性，作为原建筑改造设计的依据。

（3）建筑物在增层改造时由于将使原结构负荷增加，加层前须按照现行设计规范对原主体结构承载力不足的构件和地基基础进行加固，同时应进行抗震加固，使之在构造上和抗震承载力上符合现行的抗震设计规范。

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关键词：混凝土框架结构；结构设计；抗震设计

Abstract: in recent years, with some construction engineering safety accidents, people for the engineering quality more and more shows the highly attention. Therefore, the construction of safety and durability design into building design workers face subject. This paper, from the concrete frame structure seismic design perspective, the concrete frame structure seismic design goal and general principles discussed and analyzed, and based on this, a detailed discussion on the concrete frame structure seismic design points and concrete measures.

Keywords: concrete frame structure; Structure design; Seismic design

中图分类号：TU323.5 文献标识码：A文章编号：

框架结构作为一种优秀的结构设计思想，在当前建筑设计中广泛地被加以应用。对于建筑而言，对其抗震性能有很严格的要求。因此，对混凝土框架结构抗震设计的研究是广大建筑设计工作者探讨的热点问题。本文笔者结合实践经验，就这一问题作以下探讨与分析，以期为同行提供有益借鉴与参考。

1、结构的抗震性能与抗震能力

结构的抗震性能是指结构或构件所固有的基本特征，诸如滞回环的形状、延性、耗能等性能。结构的抗震能力是指整体结构抵抗既定烈度地震作用的能力，它不仅取决结构自身的抗震性能，而且取决于结构的抗震设计方法。

结构的抗震性能与结构的抗震能力既有联系又有区别。结构的抗震能力建立在结构抗震性能的基础上。然而在一定的条件下，用抗震性能较差的材料也能设计出抗震能力较好的结构来。反之，即使采用抗震性能好的材料，如果结构的耗能机制选择及设计不合理，也会使得整体结构的抗震能力较差。

抗震性能反应了某种材料或结构形式的固有特性，是抗震设计所依据的基础；结构抗震能力则是可以改变的，它取决于设计者所采用的设计方法及所把握的安全度准则。结构的抗震性能是基本的、本质的、相对稳定的；结构的抗震能力则依赖于设计，是可变化的。

2、混凝土框架结构抗震设计目标及要求

2.1抗震设计目标

国内外抗震设防目标是要求建筑物在使用期间对不同频率和强度的地震应具有不同的抵抗能力，即小震不坏，中震可修，大震不倒。这一抗震设防目标也为我国抗震设计规范所采纳，我国《建筑抗震设计规范》中抗震设防目标如下：

（1）在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。

（2）在遭受本地区规定的设防烈度的地震影响时，建筑物可能有一定损坏但不致危及人民生命和生产设备的安全，经修理或不需修理仍可继续使用。

（3）在遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及人民生命和生产设备安全的严重破坏。基于上述抗震设防目标，建筑物在使用期间对不同频率和强度的地震应具有不同的抵抗能力。

2.2抗震设计的基本要求

混凝土框架结构抗震设计要依据抗震设防烈度，通过地震作用的取值和抗震措施的采取来实现结构抗震设防目标。抗震措施的采取要依据概念设计原理进行，概念设计是正确地解决总体方案、材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。

（1）选择对抗震有利的场地、地基和基础选择建筑场地时应根据工程需要，掌握地震活动情况和工程地质的相关资料，做出综合评价。

（2）选择对抗震有利的结构布置方案结构平面应简单规则，结构的主要抗侧力构件应对称均匀布置，使结构的刚心与重心重合，避免地震时引起结构扭转及局部应力集中。

（3）处理好非承重结构构件和主体结构的关系。混凝土框架结构中非承重墙体材料选型和布置，应根据烈度、房屋高度、建筑体型、结构层间变形、墙体抗侧力性能的利用等因素经综合分析后确定，应优先采用轻质墙体材料。

（4）注意材料的选择和施工质量各材料的强度等级和施工质量应符合抗震规范要求。

3、混凝土框架结构抗震设计的要点分析

3.1框架梁的设计

框架梁、柱中心线宜重合。当梁柱中心线不重合时，应考虑偏心对梁柱节点核心区受力和构造的不利影响，以及梁荷载对柱子的偏心影响。偏心距大于该方向柱宽的1/4时，可采取增设梁的水平加腋等措施。另外，为减小扭转的不利影响，应采用整体现浇楼盖。计算梁端受拉钢筋时宜考虑梁端受压钢筋的作用，计算梁端受压区高度时宜按梁端截面实际受拉和受压钢筋面积进行计算。

3.2框架柱的设计

为了保证框架结构的延性，《建筑抗震设计规范》对框架柱的轴压比进行了限制，设计时应遵守。利用箍筋对柱加强约束，可以提高柱的混凝土抗压强度，从而降低轴压比要求。抗震设计时，框架角柱按双向偏心受力构件进行正截面承载力设计。

3.3楼、屋盖的设计

框架结构宜采用现浇楼盖结构。现浇楼盖的混凝土强度等级不宜低于C20，不宜高于C40。受力钢筋尽量用包括直径10mm的钢筋，直径12mm的受力钢筋，不采用不符合标准的钢筋。当板厚，150mm时，钢筋间距不宜大于200mm；当板厚>150mm时，钢筋间距不宜大于1.5倍板厚，且不宜大于250mm钢筋宜大直径大间距，但间距通常不大于200mm，尽量取200mm，钢筋直径类型也不宜过多。分布筋间距不宜大于250mm；集中荷载较大或温度影响较大时，分布筋截面积应适当增加，间距适当减小，其间距不宜大于200mm。顶层及考虑抗裂时板上筋可不断，或部分连通，拉通筋均应按受拉搭接钢筋。

3.4填充墙和隔墙

框架结构的填充墙和隔墙一般为轻质墙体。过梁一般不采用预制混凝土过梁，而是现浇梁带。设计时应注明采用的轻质墙的做法及图集，并注明过梁的补充筋。当过梁与柱或构造柱相接时，柱应甩筋，过梁现浇。有抗震设防要求情况下，如果采用砌体填充墙，其布置应符合：上、下层刚度不能变化过大；尽量减少因抗侧刚度偏心造成的扭转。另外，还要采取措施确保砌体填充墙及隔墙的自身稳定性。

框架结构中的电梯井壁宜采用粘土砖砌筑，但不能采用砖墙承重。应采用每层的梁承托每层的墙体重量。梯井四角加构造柱，层高较高时宜在门洞上方位置加圈梁。出屋面的楼电梯间不得采用砖混结构。

3.5材料选用

（1）混凝土：现浇楼盖的混凝土强度等级不宜低于C20、不宜高于C40；一级抗震等级框架梁、框架柱、节点，混凝土强度等级不应低于C30；其他各类结构构件，混凝土强度等级不低于C20。当采用HRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于C20。基础垫层的混凝土强度等级可采用C10。混凝土强度等级并不是越高越好，而是要适宜，要满足抗震设防的要求。框架梁、柱的混凝土等级宜相差一级。

（2）钢筋：有抗震设防要求的框架梁、框架柱、剪力墙等结构构件的中纵向受力钢筋宜采用HR 8400级（III级）和HRB335（III级）热轧钢筋；箍筋宜选用HRB335，HRB400，HPB235（I级）级热轧钢筋。规范提倡采用HRB400级钢筋作为我国钢筋混凝土结构的主力钢筋，推进在我国工程实践中提升钢筋的强度等级。

4、结束语

随着混凝土框架结构在建筑设计中的推广应用，其抗震问题是值得我们研究的问题。总体上来看，其研究方向主要集中于两个方面：一是继续深入研究预应力混凝土框架结构的抗震性能，二是研究预应力混凝土框架结构的抗震能力及其设计方法；这也是我们建筑设计工作者探索的方向。

参考文献:

[1]闫颜，闫雁军.基于性能的结构抗震设计[J].四川建筑.2009（03）

[2]陈印东.浅谈基于性能的抗震设计理论与方法[J].广东建材.2010（09）

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关键词：钢筋混凝土；框架结构；住宅结构设计

混凝土框架结构是由梁、板、柱构件组成的空间结构，既承受竖向荷载，又承受水平荷载。其延性较好，横向侧移刚度较小，特点是柱网布置灵活，便于获得较大的使用空间，适用于需要大空间的、层数不宜太多、房屋的高度不宜太高的建筑。

一、截面尺寸的选择

梁、柱的截面尺寸的选择是框架结构设计的前提，除应满足规范[1]所要求的取值范围，还应注意尽可能使柱的线刚度与梁的线刚度的比值大于1，以达到在罕遇地震作用下，梁端形成塑性铰时，柱端处于非弹性工作状态而没有屈服，节点仍处于弹性工作阶段的目的。即规范所要求的“强柱弱梁强节点”。

二、梁、柱的适宜配筋率

框架梁的配筋在设计中应掌握“适中”的原则，一般情况下其配筋率宜取0.4%~1.5%框架柱的全部纵向受力钢筋的配筋率宜取1%~3%。另外当梁端的纵向受拉钢筋最小配筋率大于2%时，其箍筋的最小直径应增大2mm。但是无论在何种情况下，均应满足规范[1]所规定的最大、最小配筋率的要求。另外框架梁的纵向受拉钢筋配筋率，应注意规范[1]与规范[2]中的区别：规范[2]中梁的纵向受拉钢筋最小配筋率只和框架的抗震等级有关，而在规范[1]中梁的最小配筋率除和框架的抗震等级有关外，还和混凝土的轴心抗拉强度设计值与钢筋的抗拉强度设计值的比值有关，所以在设计中应依据规范[1]来确定梁的最小配筋。

三、框架柱配筋的调整

框架柱的配筋率一般都很低，有时电算结果为构造配筋，但是实际工程中均不会按此配筋。因为在地震作用下的框架柱，尤其是角柱，所受的扭转剪力最大，同时又受双向弯矩作用，而横梁的约束又较小，工作状态下又处于双向偏心受压状态，所以其震害重于内柱。对于质量分布不均匀的框架尤为明显。因此应选择最不利的方向进行框架计算，另外也可分别从纵、横两个方向计算后比较同一侧面的配筋，取其较大值，并采用对称配筋的原则。为了满足框架柱在多种内力组合作用下其强度要求，在配筋计算时应注意以下问题：

1．角柱、边柱及抗震墙端柱在地震作用组合下会产生偏心受拉时，其柱内纵筋总截面面积应比计算值增大25%。

2．框架柱的配筋可放大1.2~1.6倍，其中角柱1.4倍，边柱1.3倍，中柱1.2倍。

3．框架柱的箍筋形式应选用菱形或井字形，以增强箍筋对混凝土的约束。

4．对于二、三级框架的底层柱底和底部加强部位纵筋宜采用焊接，且当柱纵向钢筋的总配筋率超过3%时，箍筋的直径不应小于Φ8，并应焊接。

另外多层框架电算时常不考虑温度应力和基础的不均匀沉降，当多层框架水平尺寸和垂直尺寸较大以及地基软弱土层较厚或地基土质不均匀时，可以适当放大框架柱的配筋，且宜在纵、横两个方向设置基础梁，其配筋不宜按构造设置，应按框架梁进行设计，并按规范[1]要求设置箍筋加密区。

四、框架梁裂缝宽度、斜截面配筋调整

在满足梁柱的截面尺寸和配筋率的情况下，仍需在计算配筋后进行梁的裂缝宽度的验算和满足梁端斜截面“强剪弱弯”条件下的梁端配筋调整。

1．影响裂缝宽度的因素和调整的办法。框架梁的裂缝宽度验算往往被工程设计人员忽视，对此应引起我们的注意。影响裂缝宽度的主要因素有两方面，一是构件的混凝土强度等级，二是钢筋的级别和直径。由于混凝土等级与钢筋的级别有一定的“依赖关系”，因此对于普通的混凝土构件，混凝土的高等级对减小梁的裂缝宽度影响不大，一般情况下宜采用加大梁的配筋率或增大梁的截面尺寸的方法来减小梁的裂缝宽度。另外需注意在利用计算机辅助软件进行结构建模中的荷载输入时，一定要将恒、活载数值分开输入，以便进行内力组合和裂缝宽度的计算，不要贪图省事而将恒、活载合并输入，以防止梁、柱内力计算错误，致使所绘制的施工图不能使用。

2．梁端斜截面的配筋调整。框架结构设计中，宜满足在地震作用下框架梁的梁端斜截面受弯承载力的规范要求，即“强剪弱弯”。在具体设计和梁配筋调整时，可采用以下方法：

（1）不放大梁端负弯矩钢筋而加大梁的跨中受力钢筋（一般放大1.1~1.3倍）；（2）梁端箍筋的直径可增加2mm；（3）支座处尽量不设置弯起钢筋，宜利用箍筋承受支座剪力。

3、在电算中合理、准确运用弯矩的调幅

规范规定只有在竖向力作用下梁端弯矩可调幅，水平力作用下梁端弯矩不允许调幅，因此在计算时必须先将竖向荷载作用下的梁端弯矩调幅后，再将水平荷载产生的梁端弯矩叠加。在此可采用两种方法：一是将梁端的固定弯矩调幅后，再进行力矩分配；二是将由力矩分配法算得的梁端负弯矩直接乘以调幅系数。

五、框架结构设计中应注意的其它问题

1．在框架结构中不允许采用两种不同的结构型式，楼、电梯间、局部突出屋顶的房间，均不得采用砖墙承重。因为框架结构是一种柔性结构体系，而砖混结构是一种刚性结构。为了使结构的变形相互协调，不应采用不同结构混合受力。

2．加强短柱的构造措施：在工程施工过程中顶棚可能要吊顶或其它装修，甲方为了节约开支，往往要求柱间填充墙不到顶或者是在墙上任意开门窗洞口，这样往往会造成短柱。由于短柱刚度大，吸收地震作用使其受剪，当混凝土抗剪强度不足时，则产生交叉裂缝及脆性错断，从而引起建筑物或构筑物的破坏甚至倒塌。所以在设计中应采取如下措施：

（1）尽量减弱短柱的楼层约束，如降低相连梁的高度、梁与柱采用铰接等；（2）增加箍筋的配置，在短柱范围内箍筋的间距不应大于100mm，柱的纵向钢筋间距≤150mm；（3）采用良好的箍筋类型，如螺旋箍筋、复合螺旋箍筋、双螺旋箍筋等。

3．由于建筑的需要，有时需要框架梁外挑，且梁下设置钢筋混凝土柱。在柱的内力和配筋计算中，有些设计人员对其受力概念不清，误认为此柱为构造柱，并且其配筋为构造配筋，悬臂梁也未按计算配筋，这样有可能导致水平荷载作用下承载力不足，为事故的发生埋下隐患。实际上，在结构的整体计算中，此柱为偏心受压构件，柱与梁端交接处类似于框架梁、柱节点，应考虑悬臂梁梁端的协调变形。所以对于此柱应作为竖向构件参与结构的整体分析，并且柱与梁端交接处应按框架梁、柱的节点处理。

4．对于框架梁下部的填充墙构造措施，当填充墙长度大于5m时，墙顶与梁宜采用拉接措施；当墙高度超过4m时，宜在墙高中部设置与柱连接的通长钢筋混凝土水平墙梁。

5．在设计框架结构和裙房时，高低跨之间不要采用主楼设牛腿、低层屋面或楼梯梁搁在牛腿上的做法，也不要用牛腿托梁的方式作为防震缝。因为在地震时各单元之间，尤其是高低层之间的震动情况不同，连接处很容易压碎、拉断。因此，凡要设缝，就要分得彻底，凡不设缝，就要连接牢固，绝不能似分非分，似连非连，否则很容易在地震中破坏。

6．在设计中不得随意加大主筋的面积，或为了简化构造而统一截面设计，以避免造成结构的某些部位相对薄弱。

参考文献

[1]中华人民共和国建设部．混凝土结构设计规范（GB50010-2010）．中国建筑工业出版社，2010．

[2]中华人民共和国建设部．混凝土结构设计规范（GBJ-89）．中国建筑工业出版社，1989．

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1．1煤仓间框架结构形式和梁柱截面尺寸的优化

电厂煤仓间框架结构轴线尺寸为81m×19．4m×54．55m(长×宽×高)，共9榀框架。截止目前尚无百万机组荷载的明确规定，也无相同机组的设计经历，因而在初始阶段只能依据60万机组设计经验、收口资料和工艺大荷载进行框架结构形式的布置和梁柱截面的确定，并初步拟定了两个方案，方案一和方案二框架剖面图见图1。两个方案整体布置相近，其主要区别在于根据两方案的结构布置特点调整了内部框架柱的高度和框架梁、柱截面。其中方案一内部框架柱顶标高为29．5m煤斗层，方案二内部框架柱顶标高为38．0m煤斗止晃层，并且柱截面在17m，29．5m进行两次变截面，由方案一的1000×1200修改为1000×1000，1000×800，煤斗止晃层框架梁截面由方案一的600×2000缩减为500×1500，方案二其余各层梁截面高度较方案一也均有所降低。经过模型计算和比较，最终选择方案二为本工程煤仓间框架的结构设计方案。选择方案二，主要有以下原因:1)由于煤仓间在38．0m层是个煤斗止晃层，煤斗止晃层需要承受煤斗产生的水平晃动荷载和地震水平作用，而在方案一中，这部分荷载完全依赖于本层的框架梁来承担，导致本层梁和框架结构受力不利;2)方案二在解决煤斗止晃层荷载传递不利的同时还降低本层框架梁的截面高度，有效增加了主厂房的净空，避免了“胖柱肥梁”现象。

1．2框架结构配筋优化

煤仓间框架结构形式和梁柱截面确定后，进一步从煤仓间框架的材料选择、荷载取值、计算系数和细部构造等方面对煤仓间框架配筋进行了优化。1)材料选择。提高材料强度一方面可有效降低材料用量，减少结构自重;另一方面也可降低梁柱板尺寸，有效增加主厂房净空。具体措施有:a．无特殊要求的填充墙全部采用轻质材料;b．煤仓间框架结构混凝土等级由原来的C30提高为C45;c．受力钢筋由原来的HPB235，HRB335级提高为HRB400级。2)荷载取值。煤仓间框架结构计算的荷载取值，严格遵循《火力发电厂土建结构设计技术规程》(以下简称《土规》)和《火力发电厂主厂房荷载设计技术规程》(以下简称《荷载规程》)要求，并对相关规定进行了细化。a．楼(屋)面活荷载按《土规》要求进行了折减，楼层活荷载分区布置，避免在荷载布置时只取最大荷载布置而造成的荷载放大;b．折减后不小于4kN/m2楼(屋)面活荷载分项系数取为1．3;c．管道荷载乘0．9折减系数;d．主厂房屋面不考虑积灰荷载和雪荷载;e．楼(屋)面活荷载各组合值系数按《荷载规程》表7．0．4取值，设备、管道荷载各组合值系数按《荷载规程》6．6条取值，风荷载各组合值系数按《荷载规程》9．1．3条取值。3)模型计算分析中各项系数的取值。在模型计算中，有很多参数对计算结果的影响较大，在满足规范要求前提下，通过对某些关键参数的调整，可在一定程度上降低配筋的计算量，为梁柱结构配筋的优化提供依据。a．内力计算的相关参数按实际取值，如梁端负弯矩调幅系数取0．8，梁活荷载内力放大系数取1．0等;b．梁柱截面和配筋均不进行归并，主筋选筋库中钢筋直径全选，配筋放大系数取1．05，若需调整可在梁柱施工图中人工选择;c．梁柱受力钢筋的直径尽量取两种;d．箍筋、架立筋、腰筋等构造钢筋，不人为提高直径和数量。4)细部构造设计及措施。a．增加主筋和箍筋直径类别，按计算配筋面积配置，受力主筋采用两种直径钢筋以最接近计算面积的方式搭配使用，避免了因钢筋归并造成的钢筋面积加大的现象;b．按照规范要求设置附加吊筋，不任意加大吊筋直径和根数;c．改变箍筋设置形式，部分梁柱复合封闭套箍筋改为拉结筋;d．框架结构受力钢筋采用机械接头以减少钢筋搭接长度。实施以上措施，设计工作量会增加很多，设计人员需要不厌其烦地计算调整再计算再调整，框架梁柱截面的配筋形式和钢筋类型也会更复杂多样。优化前后煤仓间主框架配筋对比详见表1。根据表中统计结果，经过优化，煤仓间横向框架钢筋体积含量减少了45．39kg/m3，钢筋用量降低了近20%。

2结论及建议

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【关键词】基于性能；抗震加固；框架结构；应用

我国城市人口十分集中，且随着城市建设的进一步发展，各种大型建筑、重要建筑项目越来越多，在地震灾害面前如何更好地生存就成为当前亟待解决的重要问题。就当前我国城市现状来看，部分房屋已经步入中老年期，在现有经济条件下，全部重建并不现实，而应用基于性能的抗震加固就成为有效、积极的方法，前景十分广阔。因此，对基于性能的抗震加固在框架结构中的应用进行探讨，对于新时期的城市建设具有积极的现实意义。

一、基于性能的抗震加固思路

随着社会经济的发展，当前不少高层建筑都在功能方面呈现出多样化的趋势，例如，中层及下层用于办公、餐饮或者娱乐，居住以及旅馆等则主要被安排在楼层的上部。首先，从建筑功能的角度来分析，在建筑的上部安排小开间轴线布置以及数量较大的墙体设计以及基本可以符合居住以及旅馆的需要；在建筑的下部，出于实用性的考虑，则需要尽可能的减少墙体以及诸柱子的使用，以便营造出较大的室内空间；再从结构受力角度加以分析，根据建筑力学的相关理论，建筑物的下部要保持较大的刚性，增加墙体以及柱子的数量以便符合受力要求，而建筑的上部，由于所承受的力度相对较小，所以可以适当的减少墙体以及柱子的使用量，经过分析不难发现，根据建筑功能所进行的布置与根据力学所进行的布置是存在矛盾的，为了有效解决这一问题，确保建筑物符合功能性的要求，就要打破常规进行结构设计，采取上小下大的空间布置方案，将刚度较大的剪力墙应用在建筑的上部分，刚度相对较小的框架柱则主要用于下部，根据这种建筑设计方案以及布局要求，就必须在建筑的结构转换层设置一个水平转换构件。

基于性能的抗震加固是以建筑物使用功能、结构形式、加固要求等为依据，来对其个等级的性能水平加以确定，并针对性能水平的差异性来明确抗震设防标准，以此为基础来开展加固设计。通常来讲，基于性能的抗震加固思路基本包含以下步骤：第一，全面鉴定现有结构，对框架结构的材料强度、布置形式、抗震构造及其他特征加以掌握；第二，以结构抗震验算、结构加固后使用要求、现行规范为依据，来对加固性能目标加以确定；第三，以确定的性能目标为依据，来对加固方案作出初步确定；第四，结合工程施工周期、造价对建筑使用影响情况来评估加固方案，作出合理修改，从而对最佳加固方案加以确定。转换层上部和下部结构层间位移角比与转换层的高度之间具有一定的联系，提高转换层高度，位移角比也会相应的增加；转换层下部结构的层间位移角会随着层数的增多而迅速的增加，所以，要严格限制转换层上部及下部结构的刚度比以及层间位移角。

二、震害下框架结构的倒塌机理

在震害下，钢筋混凝土框架结构发生破坏，其屈服机制如图1所示，可能的形式主要包括以下几种：第一，混凝土压碎、一个或多个截面钢筋屈服、构件发生轴压破坏或弯曲破坏；第二，一个或多个截面出现剪切破坏，剪坏构件；第三，结构整体或局部形成可动机构；第四，结构整体或局部发生失稳情况；第五，结构整体或局部出现过大变形，超出使用范围的要求。框架结构倒塌判断准则同构件稳定性、构件破坏准则有着直接的联系，结构体系稳定性的丧失是必要的倒塌条件，而倒塌则是不稳定状态的积累，直至承载能力的最终丧失，是一个不可逆转的过程。

（a）粱铰破坏机制

（b）柱铰破坏机制

（c）混合铰破坏机制

图1 框架结构屈服机制

三、基于性能的抗震加固在框架结构中的应用分析

（一）确定框架结构工程的基本设计参数

框架结构工程的基本设计参数通常包括以下内容：第一，工程的绝对标高；第二，抗震设防烈度，包含地震的基本加速度、建筑物抗震设防类别、建筑结构安全等级及框架结构的主体结构形式；第三，基本风压、基本雪压、地面粗糙度，建筑的场地类型、场地类别、地震分组、周期折减系数、地基基础设计等级；第四，正常使用与维护为前提，主体结构在不改变使用环境和用途下的使用年限；第五，建筑物平面尺寸、高、底层层高、其余层高，混凝土等级，楼板厚度及梁柱截面的尺寸。

（二）进行框架结构的模态分析与反应谱分析

1、模态分析

通常应用SAP2000程序来对框架结构进行模态分析，进行模态分析来求解振型的方法有两种，分别为Ritz向量法和特征向量法。通过两种方法的综合运用，来对框架结构的基本性能参数进行提供，定性判断结构的响应性，来为其他动力的分析提供条件。

2、反应谱分析

反应谱分析是一种拟动力的分析形式，底部剪力法、振型分解法是地震作用下的框架结构分析方法。其中，前者是一种静力模拟计算方法，其原理为：对质点体系地震反应进行计算，建立反应谱，计算结构等效地震荷载，执行结构的计算与设计。而后者则先分析设计反应谱曲线，再应用振型组合方法来对振型进行分析，且CQC组合方法的应用最为普遍。

（三）基于性能抗震加固方案的提出与分析

以满足框架结构抗震加固方案的基本要求为前提，来提出基于性能的抗震加固方案，加固方案的提出主要针对以下情况：第一，房屋抗震承载力难以满足要求的情况；第二，钢筋混凝土构件存在局部损伤的情况；第三，墙体同框架柱间存在不良连接的情况；第四，建筑中存在易倒塌部位的情况；第五，建筑内电梯间、楼梯间、水箱间存在同鉴定要求不相符的情况；结合框架结构的重要性和已使用年限，来针对上述情况提出相应的加固方案。其基本方案如图2所示，在明确加固方案后，就应对加固方案进行分析，通常应用Pushover分析法来进行，如以侧向加固方式为例，首先进行新框架结构的model分析，在得到框架结构振型的方向和周期后，选用侧向加载和重力兼顾的方式，来运用Pushover分析法来对新框架结构做出分析，从而对加固方案的性能加以明确。

（四）进行抗震加固构造连接

在确定加固方案之后，还应进行抗震加固构造连接，期间应注意以下几点事项：第一，因抗震加固时，新旧构件连接是加固后框架结构整体协同工作的关键保障，故应进行原构件同新增构件间的可靠连接。第二，新增的抗震墙、柱既是传递竖向荷载的主要构件，又是负责对水平地震作用的直接抵抗，故应保证其基础的可靠性，基础的宽度和深埋应结合对新建墙、柱基础的计算来加以确定；第三，加固中对于需要凿除的砼应采取必要的顶撑措施，选取专业公司开展施工，并征询设计单位的相关意见；第四，对构造直筋的最小深度、受力纵向钢筋植筋深度、植筋最小边距进行合理确定；第五，结合框架结构实际来对新加混凝土与原砼交界面中的注意事项加以说明，更好地保障框架结构加固性能。转换板下部贯通落地剪力墙以及框支柱所承受的地震剪力会随着转换层位置的升高而增加，并且会在距离转换板上部距离最近的一层出现剪力墙应力集中的现象。如果转换层之下有四层以上时，就需要在进行建筑抗震设计时，重点加强贯通落地剪力墙以及框支柱部位，在必要情况下，要对抗震等级适当的调整。梁柱节点处不同强度等级混凝土采用分别浇捣的施工方法，给施工带来不便，且容易形成邻接面的冷缝，故当柱子混凝土强度等级高于梁板混凝土强度等级不超过二级时（10N/mm2），可考虑梁柱节点处的混凝土随同梁板一起浇捣。

篇9

摘要：在现在的建筑建设中，框架的结构设计是较为流行的一种应用方法，并且用处巨大，对于各类建筑都有一定的应用价值。首先通过对建筑框架结构的设计和改造的具体阐释，使读者可以对这些有一定的了解。接下来，对于建筑框架结构加固设计方面的研究，为读者全面认识框架结构的加固设计做了全面的分析和研读，并为加固设计提出了具体的方式和方法。

关键词：建筑；建筑框架结构；加固设计途径

中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：16723198（2013）18018001

1 对于建筑框架结构设计原则的理解

建筑框架结构设计是一栋房屋或者一栋大型建筑在开工建造之初的设计模板，是其建造的主要依据。在进行结构设计时，要考虑到房屋所处的地理位置和周围环境，比如是否防潮，防风，当地是否地震频发，需要进行加固，是否雨水较多，需要放雨水渗漏，建筑的主要用途是什么，选取什么样的材料进行建设，国家规定的关于房屋建设的标准有哪些等等很多的情况都需要在这一阶段深入研究和分析，方便为房屋的实际建设提供必要的参考凭证。在进行设计时需要考虑的情况大致有以下几点：

（1）房屋在建造时采用什么样的构造以及其设计的整体造型应该如何；建造房屋的用途，比如是用于学校，用于办公，用于商场、超市还是其他情况等等；建造的房屋可以投入使用的年份是多少，什么时候开始维修；房屋所处的地理位置，如是否处于地震多发区，是否处于洪涝多发区等，根据这些情况需要对房屋进行加固设计；而所需要的材料应该用多大密度，房屋的坚固程度，等等这一系列的需要从结构上进行规划的问题要在这一阶段进行严密的分析，寻找到具体的解决方案。

（2）在设计房屋时，房屋设计需要多少的高度；各类管道的安装和线路的安装应该采用何种方式；房屋所能承受的重量；建造的地基坚固度和高度；是否会由于地表或地下其他一些因素影响房屋建造等的情况都要在地基建造之前考虑清楚。

（3）对于钢筋和混凝土的要求。钢筋要根据国家标准对于不同的建筑采用不同密度的钢筋，充分考虑到建筑物的坚固耐用程度。而混凝土则要根据地域和地理环境的不同在设计和具体施工的过程中对于混凝土的抗压能力，防水能力，坚固程度等等进行分门别类的进行选择，以求建筑物的稳固耐用达到国家规定的同时能够符合人们的使用水平和要求。

（4）在设计建筑物时，火灾也要在考虑范围内。尽量避免使用易于燃烧的材料，提高房屋的耐水性、抗压性的同时也要注意房屋的耐火程度。

（5）设计中，还要对开工建造后的具体实施阶段提出一定的注意情况。比如某些材料应该如何应用，结构中应该如何进行各个工队之间的建造的先后顺序及他们的配合等等。

（6）在设计过程中，任何设计都要留有一定的余地，避免突发状况的发生。

2 建筑框架结构的加固设计原则

2.1 建筑框架结构在加固设计过程中所需要考虑的因素

建筑框架结构加固设计在设计的过程中有许多需要考虑的因素，对这些因素条件的满足可能会使设计出来的房屋更加符合现代人的需求，提升使用度和房屋的耐压耐水耐火性。

（1）建筑物的支撑方面进行加固。支撑物是整个建筑物形成具体框架的根本。对于这方面的加固，有助于房屋在具体建设过程中施工的有效进行。比如在设计时，对于房屋的支撑物所要用的材料进行市场调查和分析，通过不同的材料对比进行选择。而且在具体施工的过程中，各种材料之间应该配合使用，提高坚固程度。比如可以通过外包角钢加固的方法等。

（2）对于板面进行加固。在板面加固时，可以采用将混凝土的使用度增加的方式，也就是指使用双层的钢筋混凝土板或者采用密度较高，较为厚实的混凝土板进行加固。

（3）在缝隙处或者阳台处等的设计过程中，应避免受到较大的压力或者施重力后就会扭曲变形。

（4）在地下室的设计上，应该考虑地下太潮湿，容易使混凝土板腐朽，因此应该加入一些防水设计。

2.2 建筑框架结构加固的设计途径思考

加固设计方法可以有很多种。其中包括对于混凝土进行加工，对房屋的砌体结构进行加固改造，对所用的钢料进行加固等方面。以下主要就对钢材料的加工改造进行分析。

对于钢架结构进行加固是现在应用的较为广泛的一种方法。一般来说，加固的途径有以下几种：

首先，可以添加钢料进行加工。这种方法就是指在设计的过程中，为了达到加固房屋的目的，对于某些部分的钢料使用或者对于整栋房屋在建造过程中的钢料使用预算增加。或者也可以通过将某些部分用钢料代替，如将铰链接换成用钢链接，或者改变材料原有的长度、宽度、增加受力面等，提高房屋的承载能力和承载水平。

其次，可以加大所使用的物理截面。如通过对于建筑条件和建筑材料的考虑，使所应用的材料在可加固的范围内应该尽量符合所处的地理环境和地质条件，同时在充分考虑材料的性能等的方面入手，在可利用的范围内对材料进行焊接和其他加工，加大受力面积，同时避免材料在使用过程中出现的变形情况。

3 结语

框架结构设计的加固设计对于提高房屋的抗压能力和抗震能力很有效果，对于我国南方或者一些地震多发区的房屋也十分适用。房屋的坚固度的提升，可以避免人们在遭遇自然灾害时，很多人因为房屋不坚固而被砸死、砸伤，同时给救援队提供更多的救援时间。

参考文献

[1]JGJ 12322000.既有建筑地基基础加固技术规范[S].

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关键词：钢框架结构 梁柱点连接 设计方法 分析

中图分类号：TU323文献标识码： A 文章编号：

钢框架梁柱是钢结构建筑中常用的结构体系，其中钢框架梁柱连接节点起着传递弯距和剪力的作用，连接节点的设计好坏直接影响着结构承载力的可靠性和安全性，还会对结构构件的加工制作与安装造成影响。因此在进行钢框架结构梁柱点连接设计时，务必要选择合理的连接方式与设计方法。

1 梁柱连接节点的重要性

钢结构的抗震性能一般比较好，但如果结构布置或构造上存在缺陷，尤其是连接不合理就会造成震害而带来巨大的经济损失甚至危及以生命安全。而大部分的钢结构框架的破坏发生在梁与柱的节点处，基本上是由于焊接破坏造成的。由此可见，在钢结构梁与柱连接点设计时一定要采取合理的设计方法。

2 连接节点的分类及特点

根据连接节点的受力情况和细部构造可分为刚性连接、半刚性连接和铰接连接。刚性连接具有较高的强度和刚度，其特点是受力性能好；铰接连接具有很大的柔性，其特点是构造简单，能简化安装程序；半刚性连接的刚度和强度介于前两者之间，其特点是节点的转动刚度很难确定因此在实际的设计与应用中使用范围很小。

3 梁柱点连接的常用类型及设计方法

在进行钢框架结构梁柱点设计的过程中，要根据建筑结构的整体布局并充分考虑到其实用性和经济性，选择既能满足承载能力，又构造简单，便于日后施工且节约用钢量的设计类型和方法。在设计的过程中中比较常见的连接方法有螺栓连接、全焊型连接和栓焊混合连接，其中螺栓连接又可分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接。

3.1 普通螺栓连接

普通螺栓分为A、B、C三个等级，其中A、B级属于精制螺栓，这种螺栓在钢结构梁柱点设计中已经很少使用，而C级螺栓可设计用于不直接承受荷载情况下的次要连接或临时固定和可拆卸结构的连接。

3.2 高强度螺栓连接

在钢框架结构梁柱点设计中可以通用扭剪型高强度螺栓连接副和大六角头高强度螺栓连接副，这两种高强度螺栓的性能都比较可靠。根据受力特性的不同抗剪连接可分为摩擦型高强度螺栓连接和承压型高强度螺栓连接。其中摩擦型高强度螺栓连接可设计用于重要结构和承受动力荷载的结构和可能出现反向内力软件的连接处，它是通过连接板层间的抗滑力来传递剪力，按板层间出现滑动作为其承载能力的极限状态。而承压型高强度螺栓以连接板层间出现的滑动作为正常使用的极限状态，可设计于允许产生少量滑移的静荷载结构或间接承受动力荷载的构件。

3.3 全焊型连接

全焊型梁柱连接具有较好的塑性变形能力，但在设计时要注意节点板的厚度选择一定要合理，如果节点板太厚就会造成材料的浪费，而且也不能充分的利用节点域的变形能力耗散地震能量；如果节点板厚度不足，那么梁柱的连接虽然能发展相当大的塑性变形但由于梁翼缘难以形成塑性，这就对节点的耗能能力造成了限制。同时，如果节点域的塑性转动过大就会增加框架水平位移的移动量，这样就对框架的整体受力产生不利的影响。因此在进行钢框架结构梁柱点进行全焊连接设计时梁上下盖板边缘与柱设计为对接焊缝连接，盖板与梁的连接设计为角焊缝，梁腹板与柱连接通过钢板或角钢连接在一起，钢板或角钢与梁腹板设计为角焊缝连接，钢板或角钢与柱设计为对接焊缝连接。在进行全焊连接点设计时为避免增加结构的刚度和接头部位的应力集中，应根据“强节点、弱杆件”的原则适当加强节点，在不发生失稳的情况下可适当的削弱梁，使塑性变形出现在梁上。为了减少结构和焊接接头部位的应力集中，腹板上的工艺孔就平滑过渡，避免应力集中，有不减小腹板连接强度的条件下适当的加大工艺孔，这样可方便在施工时的焊接处理从而提高焊接的质量。

3.4 栓焊混合连接

所谓栓焊混合连接主要指的是摩擦型高强度螺栓与焊缝形成的混合连接，在进行这种形式的连接时，要注意焊缝的破坏强度要高于高强度螺栓连接的抗滑极限强度且不能设计于需要难处疲劳的连接中。在静力荷载作用下，摩擦型高强度螺栓可以和侧角焊缝共同使用，而在直接承受动荷载作用的连接中则不能设计成这种连接方式。而且在设计中还应考虑焊接过程中温度对高强度螺栓预拉力强度的影响，应对摩擦型高强度螺栓的预拉力进行适当的折减。在进行栓焊混合连接点的设计时要注意梁腹板与柱应采用摩擦型连接，摩擦型高强螺栓连接在受剪设计时，以剪力达到板件接触面间由螺栓预压力使板件压紧所提供的最大摩擦力为极限，在设计摩擦型高强螺栓时，应保证连接点在整个使用期间的剪力不超过最大摩擦力，使板件间不会发生相对的滑移变形，连接件按弹性整体受力考虑。

以上的几种连接方式各有优劣，比如全焊型连接在工业的领域应用非常广泛，而且同样大小的节点板连接强度要远远的高于高强螺栓连接；高强螺栓连接的施工速度快，但是价格昂贵，而且在设计时产生的附加弯矩较大；而栓焊混合连接是在我国使用范围最广的，它结合了全焊型连接与高强螺栓连接的优点，也是我国梁柱点连接方式的发展趋势。

4 梁柱节点的新式设计方法

在对钢结构梁柱点设计时，除了上述比较常见的几种连接方法，还要相应的选择新形式的节点连接来提高整体工程的质量。其中狗骨式节点、槽型节点在钢框架结构梁柱节点的设计中比较普遍的新式节点。

4.1 狗骨式节点

狗骨式节点的最大的特点就是在梁的翼缘靠近节点处进行了截面削弱，这弱梁的削弱部分的截面能够改变塑性变形出现的位置，迫使在极限荷载作用下塑性变形偏离脆弱的节点连接处，而是首先出现在梁上，因为经过截面削弱的梁具有很大延性，这样就通过对梁的削弱来保护梁柱节点。而且这种削弱对梁造成的结构刚度和强度的影响非常小，在正常结构设计荷载作用下，梁的强度和刚度都能完全满足要求。

4.2 槽型节点

槽型节点构造是美国的SSDA申请专利的节点形式，它的主要特点是可使塑性变形的位置从梁翼缘焊缝处移至距剪切连接板端部约一半梁高的位置从而保护了节点的梁翼缘焊缝。而且减小了节点焊缝处的应力集中，大大改善了节点焊缝的受力状态。同时梁腹板上槽的存在可使节点由原来的梁翼缘焊缝的破坏转变为梁翼缘板的局部屈曲破坏。

5 梁柱点的抗震设计

目前改善节点抗震性能的途径主要有两个方面，一个是通过改善节点区的应力分布来减小应力集中，其中可以根据加盖板的方式来实现。加盖板节点是在节点部位梁的上下翼缘外表面焊上楔形钢板，在现场采用坡口全熔透对接焊缝和角焊缝分别与柱翼缘和梁翼缘连接，使焊缝截面面积大于单独的翼缘截面面积。加盖板以后就迫使较大应力和非弹性应变远离焊缝和切割孔，使拉应力状态向梁中转移，这样就减少了柱表面区域的应力集中程度。另一种方法是通过加腋节点的方法对梁上出现塑性变形的位置进行局部削弱。加腋节点是在节点部位梁的下面加上三角形的梁腋，其目的在于能过加腋增加节点处截面的有效高度，从而迫使塑性变形在梁腋区域外形成从而冲洗梁下翼缘处对接焊缝的应力。梁腋可由H型钢或工字型钢切割而成，梁腋的腹板、翼缘分别能过角焊缝、对接焊缝与梁柱焊接。

结束语：钢框架结构梁柱点的设计关系着整体结构的承载力和质量，梁柱连接点是钢结构工程中的最薄弱部位，也是最重要的部位，因此在进行设计时要根据钢结构整体工程的特点选择方便施工和承载能力达到要求的方法，同时还要注意新式节点在设计中的应用，以此来保证钢结构工程的整体性能。

参考文献：

[1] 王祯 钢框架梁柱刚接节点浅析 工程建设与设计 2011（05）

[2] 聂正春 李明全 钢结构节点抗震措施简述 四川建筑 2010（04）