混凝土结构使用历史较长，它在性能及材料来源等方面有许多自身的优点，发展速度很快，应用也最广泛，已从工业与民用建筑，交通设施转到了近海工程和海底工程等，我国应用混凝土的时间比较短，但目前钢筋混凝土结构在我国发展势头非常好。 框架结构的整体性比较好，一般用于小高层建筑，在10层以下，否则要加设剪力墙，纯框架在现代运用较广。框架结构分为装配式、装配整体式和现浇式混凝土框架结构，目前国内多层房屋大多采用现浇式钢筋混凝土框架结构。 对于框架结构，在结构特点方面，框架结构是由钢筋混凝土主梁、次梁和柱形成的框架作为建筑物的骨架，梁和柱之间的连接为刚性结点。屋盖、楼板上的荷载通过板传递给梁，由梁传递到柱，由柱传递到基础，荷载的传递路线比较明确。框架结构的墙体全部为自承重墙，只起分隔和围护作用，砖墙的重量通过梁、板传给柱。有时填充墙的刚度大于竖向柱的刚度，对结构抗震极为不利，所以不宜采用实心粘土砖作填充墙，减少结构的自重和荷载，减弱隔墙的刚度。框架结构的特点是不受楼板跨度的限制，能为建筑提供灵活的使用空间，但抗震性能差。框架结构中梁柱构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都较低，它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，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，装配整体式楼面的作用则不考虑。为了增强结构的抗震能力，设计时遵循以下原则：“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固。”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良好的延性。 因此，根据框架结构的自身特点，进行混凝土框架结构布置的主要工作是合理的确定梁、柱的位置及跨度。结构平面形状和立面形状宜简单、规则，使刚度均匀，减小偏心及扭矩。控制结构高宽比，以减小水平荷载作用下的位移。 柱是一种受压构件，有偏心受压和轴心受压，按形状有矩形柱和圆柱等。剪力墙结构体系中的约束边缘构件和构造边缘构件与框架柱的受力特征不同，故不能归入框架柱范畴。异形框架结构中的异形柱是一种特殊的柱。 梁是一种受弯构件。按断面外形尺寸，可分为矩形梁、工字梁、T形梁、工字薄腹梁等；按受力状态分，可分为简支梁、连续梁、悬臂梁等。当梁的两端搁置在墙或柱上受墙、柱的嵌固作用很小时，可看成一端固定铰接，另一端可平动的简支梁。当跨度太大简支梁不能满足经济要求时，在两端支座之间增设若干个中间支座，为连续梁。 现浇板按受力可分为简支板、连续板、悬臂板。现浇板按长宽比和受支承条件影响，又可分为单向板和双向板。从受力特征分析，单向板实际上相当于宽度大而高度低的梁。单向板荷载向两边支承传递，双向板向四边支承传递。 楼梯可分为板式楼梯和梁式楼梯，一般水平投影长度3m左右可采用板式楼梯，大于3m时应选用梁式楼梯。 基础可分为筏形基础、箱形基础、独立基础、条形基础和桩承台基础等。 独立基础偏心不能过大，必要时可与相近的柱做成柱下条基。柱下条形基础的底板偏心也不能过大，必要时可作成三面支承一面自由板（类似筏基中间开洞）。两根柱的柱下条基的荷载重心和基础底板的形心宜重合，基础底板可做成梯形或台阶形，或调整挑梁两端的出挑长度。采用独立柱基时，独立基础受弯配筋不必满足最小配筋率要求，除非此基础非常重要，但配筋也不得过小。独立基础是介于钢筋混凝土和素混凝土之间的结构。面积不大的独立基础宜采用锥型基础，方便施工。 结论：混凝土框架结构的布置极为重要，在满足建筑要求的情况下也能显现结构受力的特点，避免局部过强或过弱。截面尺寸的选择也是结构设计难点，既满足受力又要比较经济，在按经验公式设计时也要充分考虑结构的难点。贯穿结构设计始终的是设计方法，要综合考虑弹塑性设计方法，修正调幅，“三强三弱”的抗震调整。合理的结构设计是各方面因素的综合考虑的结果。 |
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四、方案（设计方案、或研究方案、研制方案）论证： 1.结构方案的确定 结构方案的确定包括结构选型、柱网布置、梁板布置和截面尺寸的确定。 结构选型是结构设计的第一步，应充分考虑设计要求和结构特点。结构选型是一个综合性问题，应选择合理的结构形式。根据结构受力特点，常用的建筑结构形式有：混合结构、框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构（一般剪力墙结构、筒体剪力墙结构、筒中筒剪力墙结构）等。 混合结构主要是墙体承重，由于取材方便，造价低，施工方便，我国广泛地应用于多层民用建筑中，但砌体结构承载力低、自重大、抗震性能较差，一般用于7层及7层以下的建筑。框架结构是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构，框架结构的特点是由梁、柱承受竖向和水平荷载，墙体起维护作用，其整体性和抗震性均好于混合结构，且平面布置灵活，可提供较大的使用空间，也可构成丰富多变的立面造型，但随着层数和高度的增加，构件截面面积和钢筋用量增多，侧向刚度越来越难以满足设计要求，一般不宜用于过高的建筑。框架-剪力墙结构是在框架中设置一些剪力墙，既能满足平面布置灵活，又能满足结构抗侧力要求，一般常用于10～25层的建筑中。剪力墙结构是依靠剪力墙承受竖向及水平荷载，整体性好、刚度大、抗震性能好，常用于20～50层的高层建筑。 本工程共5层，建筑高度为19.9 m，且房间开间较大，布置较灵活，选用混凝土框架结构比较较合适。从抗震角度，抗震设防烈度为7度，查规范得框架结构此时的最大高度为50 m，大于本工程建筑高度，满足要求。 工程中柱网的布置由建筑功能决定，柱网布置在满足使用功能的基础上应使结构受力合理，方便施工，由于建筑功能需要柱网尺寸大多为7 mtimes;7 m,主次梁的布置主要由建筑功能及墙的布置决定的，在大多数墙体位置布置次梁，部分卫生间同办公区的轻质墙隔断处不布置次梁，计算板时考虑墙体的等效荷载。 2.初步确定梁板柱的截面尺寸及材料强度等级 ①板的截面尺寸 板厚根据板的受力情况、荷载大小以及跨度确定。《高层建筑技术混凝土结构技术规程》4.5.5 条规定，一般楼层现浇楼板厚度不应小于80 mm，当板内预埋暗管时不宜小于100 mm；顶层楼板厚度不宜小于120 mm，宜双层双向配筋。 《混凝土结构设计规范》9.1.2规定：板的跨厚比，钢筋混凝土单向板不大于30，双向板不大于40；无梁支承的有柱帽板不大于35，无梁支承的无柱帽板不大于30。本工程无地下室，根据各板跨度和类型，板厚取120 mm。 ②梁的截面尺寸 框架结构的主梁截面高度h可按h=（）L确定，L为主梁计算跨度；梁净跨与截面高度之比不宜小于4。梁的截面宽度不宜小于200 mm，梁截面的高宽比不宜大于4。本工程梁跨度多为7000 mm，则框架梁高度为583 mm，结合建筑设计要求，取700 mm，b取350 mm；次梁h约为（）L确定，框架次梁跨度为7000 mm，次梁尺寸取为200mmtimes;400mm。 ③柱的截面尺寸 柱的截面尺寸宜符合下列要求： 1）矩形截面柱的边长，非抗震设计时不宜小于250 mm，抗震设计时不宜小于300 mm；圆柱截面直径不宜小于350 mm； 2）柱剪跨比宜大于2； 3）柱截面高宽比不宜大于3。 本工程柱截面尺寸按照轴压比来估算，抗震等级为三级，初步估计，1、2层柱为600 mmtimes;600 mm ,3层柱为500 mmtimes;500 mm，4、5层柱为400 mmtimes;400 mm。 3．荷载导算，包括竖向荷载计算和水平荷载计算 竖向荷载数值按照框架结构的荷载传递方式进行传递计算。本设计高度不超过40m，底层层高很大，但是底层柱尺寸也相应设置得比较大，变形以剪切型为主，故可以运用底部剪力法进行水平地震作用计算。 4. 板（楼板和屋面板）的设计 《混凝土结构设计规范》9.1.1规定：四边支承的板：1）当长边与短边长度之比不大于2.0时，应按双向板计算；2）当长边与短边长度之比大于2.0，但小于3.0时，宜按双向板计算；3）当长边与短边长度之比不小于3.0时，宜按沿短边方向受力的单向板计算，并应沿长边方向布置构造钢筋。 5. 框架内力计算 框架内力计算包括竖向荷载作用下内力计算和水平荷载作用下内力计算。 水平荷载作用下的框架内力计算采用改进反弯点法（即D值法）。该方法认为，柱的侧移刚度不仅与柱本身线刚度有关，而且还与梁的线刚度有关，柱的反弯点高度不是定值，它随梁柱线刚度比、该柱所在层位置、上下层梁间的线刚度比、上下层层高以及房屋总高度的不同而发生变化。 竖向荷载作用下框架的内力计算采用力矩分配法。由于框架规则，竖向荷载作用下的侧移可以忽略不计，因此可以采用力矩分配法进行计算。 6.内力组合 按照规范分别对几种起主要作用的组合方式进行内力组合。考虑设计内力的修正，梁端及跨中弯矩调幅，抗震“三强三弱”的调整。 7.框架梁、柱的截面设计 框架梁设计中应控制先在梁端出现塑性铰，并使塑性铰具有足够的转动能力；同时应遵循“强剪弱弯”的原则，要求梁的斜截面承载力高于梁的正截面受弯承载力，防止梁端在延性的弯曲破坏前出现脆性的剪切破坏。框架柱设计中应遵循“强柱弱梁”的原则，避免或推迟柱端出现塑性铰；还应满足“强剪弱弯”的要求，防止过早发生剪切破坏；为提高框架柱的延性，应控制柱的轴压比不能太大。 8.楼梯的设计 楼梯分板式楼梯和梁式楼梯。本工程共两个楼梯，根据其水平投影长度，都采用梁式楼梯。 9.基础设计 基础可分为筏形基础、箱形基础、独立基础、条形基础和桩承台基础等。本工程内力较小的柱采用柱下独立基础，内力较大的柱采用条形基础。
参考文献： [1] 曹双寅等. 工程结构设计原理[M]. 第3版. 南京：东南大学出版社，2012.10 [2] 邱洪兴.建筑结构设计第一、二册 [M]. 第2版. 北京：高等教育出版社，2013.02 [3] 龙驭球等. 结构力学I、II册[M]. 第2版. 北京：高等教育出版社，2006.12 [4] 东南大学等合编. 土力学[M]. 北京：中国电力出版社，2010.08 [5] 华南理工大学等编. 基础工程[M]. 第二版. 北京：高等教育出版社，2008.09 [6] 李爱群等. 工程结构抗震与防灾[M]. 第2版. 南京：东南大学出版社，2012.08 [7] GB 500102010 《混凝土结构设计规范》[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010 [8] GB 500072011 《建筑地基基础设计规范》[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2011 [9] GB 500112010 《建筑抗震设计规范》[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010 [10] GB 500032011 《砌体结构设计》[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2011 [11] GB 500092012 《建筑结构荷载规范》[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012 |
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