第3章 钢筋混凝土框架结构设计的前期工作

3.1 结构方案与布置

3.1.1 结构方案

进行结构设计时，首先要选择结构的形式。结构选型是否合理，不但关系到是否满足使用要求和结构受力是否可靠，而且也关系到经济合理性和施工方便性。结构选型的基本原则为：满足使用要求；受力性能好；施工简便；经济合理。

《混凝土结构设计规范》对钢筋混凝土结构设计方案的要求为：3.2.1 混凝土结构的设计方案应符合下列要求：

3.1.2 结构布置的一般原则

根据设计任务书、建筑环境、使用功能、建筑高度、抗震设防烈度等因素合理选择抗侧力体系、材料后，应进行结构总体布置。结构总体布置是指建筑的平面、立面体型及结构构件的平面布置、竖向布置等，通过建筑的平面、立面体型设计满足使用功能、建筑美学要求，通过布置结构构件满足强度、刚度、稳定性及抗震要求。结构总体布置对结构的受力性能具有决定性作用。

结构设计有许多不确定因素，因此除了必须进行细致的计算分析外，结构概念设计也是使设计先进合理不可缺少的重要步骤，结构布置就是结构概念设计的一个过程。

结构总体布置应做到：

（1）减少平面和竖向布置的不规则性：进行结构平面设计时应尽量设计成规则、对称而简单的形状，使各部分刚度均匀对称，结构的刚度中心和质量中心尽量重合，以减少因形状不规则产生扭转的可能性，保证整体结构的稳定性。

结构的竖向布置要做到刚度均匀、连续，避免刚度突变，避免薄弱层。结构上部的突出部分在地震作用下会产生鞭梢效应，要采取措施加强。

（2）明确、合理的传力路径：上部荷载能通过简洁明了的传力路径不间断地传递到基础、地基。

（3）适宜的刚度和承载力：地震作用大小与结构的刚度密切相关，结构的刚度不宜太大，也不宜太小，选择适宜的刚度和承载力是结构抗震设计经济合理的关键。

（4）多道抗震防线：抗震结构应有最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识地建立起一系列屈服区，以使结构能够吸收和耗散大量的地震能量，具有多道抗震防线是增强结构抗倒塌能力的重要措施。

（5）部分结构或构件的破坏不应导致整体结构倒塌。

3.1.3 建筑结构平面布置和竖向布置

1.平面布置

国内、外历次大地震震害及相关试验都表明，平面不规则、质量与刚度偏心和抗扭刚度太弱的结构在地震中都遭到了严重的破坏，过大的扭转效应也会引起结构的严重破坏。因此《高层建筑混凝土结构技术规程》对结构平面布置提出以下要求：

目前在工程设计中应用的多数计算分析方法和计算机软件大多假定楼板在平面内不变形，平面内刚度为无限大，这对于大多数工程来说是可以接受的。但当楼板平面狭长、有较大的凹入和开洞等较大削弱时，楼板可能产生显著的面内变形，这时宜采用考虑楼板变形影响的计算方法，并应采取相应的加强措施。楼板有较大凹入或开有大面积洞口后，被凹口或洞口划分开的各部分之间的连接较为薄弱，在地震中易产生相对振动而使削弱部位出现震害，因此对凹入或洞口的大小应加以限制。

2.竖向布置

近些年来，国内外很多建筑因建筑结构竖向刚度突变等原因导致建筑中间或底层薄弱层出现严重倒塌破坏。所以设计中应力求使结构刚度自下而上逐渐均匀减小，体形均匀、不突变。《高层建筑混凝土结构技术规程》对框架结构竖向布置有下列规定：

3.1.4 框架结构体系布置

1.柱网和层高

框架的柱网和层高在满足生产工艺和其他使用功能要求、满足建筑平面功能要求的情况下应力求柱网平面简单规则，尽量统一柱网及层高，以减少构件规格，简化设计及施工，以利于装配化、定型化和施工工业化。

2.钢筋混凝土承重框架的布置

柱网确定后，应沿房屋纵横方向布置梁系，形成横向框架和纵向框架，分别承受各自方向上的水平作用。根据承重框架布置方向的不同，框架承重体系可分为3种。

（1）横向框架承重方案：横向框架承重方案是在横向布置主梁，在纵向设置连系梁。

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刚度。由于竖向荷载主要通过横梁传递，所以纵向连系梁截面尺寸均较小，这样有利于建筑物的通风和采光。但是由于主梁截面尺寸较大，净空要求会使结构层高增加。

（2）纵向框架承重方案：纵向框架承重方案是在纵向布置框架主梁，在横向布置连系梁。连系梁截面尺寸较小，净空较大，房屋布置灵活。但是进深尺寸受到板长度的限制而不能太大，且房屋的横向刚度较小。

（3）纵横向框架混合承重方案：在纵横两个方向均布置主梁。荷载沿两个方向传递，因此各杆件受力较均匀，整体性能也较好，该方案应按空间框架体系进行内力分析。

在地震区，考虑到地震方向的随意性以及地震产生的破坏效应较大，因此应按纵横向框架混合承重方案进行布置。高层建筑承受的水平荷载较大，也应设计为纵横向框架混合抗侧力体系，且主体结构不应采用铰接，也不应采用横向为刚接、纵向为铰接的结构体系。

《建筑抗震设计规范》规定：

《高层建筑混凝土结构技术规程》规定：

3.变形缝设置

为防止结构因温度变化和混凝土收缩而产生裂缝，隔一定距离需用温度缝分开；在建筑高度差别较大的高层部分和低层部分之间，由于沉降不同，需由沉降缝分开；建筑物各部分层数、质量、刚度差异过大，或有错层时，需用防震缝分开。温度缝、沉降缝和防震缝将建筑划分为若干个结构独立的部分，成为独立的结构单元。

（1）抗震缝。《建筑抗震设计规范》规定：

震害表明，即便按照规范规定的防震缝宽度设置防震缝，在强烈地震下相邻结构仍可

能由于局部碰撞而损坏，规范给出的防震缝宽度为防震缝宽度最小值。但若加大防震缝宽度又会给立面处理造成困难。因此，是否设置防震缝应按规范的要求判断，能不设缝时尽量不设缝。

3 当设置伸缩缝和沉降缝时，其宽度应符合防震缝的要求。《高层建筑混凝土结构技术规程》规定：

（2）伸缩缝。房屋的总长度宜控制在最大温度伸缩缝间距内，当现浇钢筋混凝土框架结构房屋长度超过55m时，可设伸缩缝将房屋分成若干温度区段。

（3）沉降缝。结构的高度及重量相差悬殊时常采用沉降缝将相差悬殊的各部分结构从顶层到基础全部断开，使各部分自由沉降，避免因沉降引起的裂缝或破坏。

伸缩缝和沉降缝的宽度设置应符合防震缝的要求。

3.1.5 绘制结构平面布置图

确定了柱网及梁、柱布置后应绘制各层结构平面布置图，在图中标出柱距等尺寸及轴线号，并对框架柱、框架梁、次梁及楼面（屋面）板进行编号。