框架結(jié)構(gòu)是多層建筑最常用的結(jié)構(gòu)形式之一，其傳輸力明確簡(jiǎn)單，深受結(jié)構(gòu)工程師歡迎�？蚣芙Y(jié)構(gòu)的構(gòu)件受力形式以受彎為主，桿件可以采用各種延性材料，形成鋼框架、鋼筋混凝土框架、勁性混凝土框架、木框架等多種框架形式。不論哪一種，其宏觀受力狀況是相同的。在這里，以鋼筋混凝土框架為例，闡述框架結(jié)構(gòu)的各種特點(diǎn)。

框架結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)組成

框架結(jié)構(gòu)組成包括梁、板、柱、基礎(chǔ)。

梁和柱子的節(jié)點(diǎn)是剛性節(jié)點(diǎn)，在個(gè)別情況下制作半鉸鏈節(jié)點(diǎn)。柱子的基礎(chǔ)大多是剛性節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)，有時(shí)制作鉸鏈節(jié)點(diǎn)�？蚣芙Y(jié)構(gòu)屬于超靜態(tài)結(jié)構(gòu)，在力學(xué)計(jì)算中，通常稱為剛性框架。

立柱

立柱是框架的主要承重部件、抗側(cè)向力部件，是框架的重要部件�？蚣芙Y(jié)構(gòu)柱多為矩形，從室內(nèi)看，一般突出在墻面上。近年來(lái)，隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，隨著對(duì)室內(nèi)空間要求的提高，異形柱逐漸流行，l、t、十形柱也被使用。在一些大型建筑中，圓柱也被使用。

梁

梁在框架中起著雙重作用，梁承接板的負(fù)荷，傳遞到柱子上，通過(guò)柱子傳遞到基礎(chǔ)上，另一方面梁也協(xié)調(diào)柱子的內(nèi)力，與柱子共同承擔(dān)縱向和水平負(fù)荷，在框架的各種負(fù)荷下的扭矩和剪力圖中

框架與框架之間的梁稱為聯(lián)系梁，理論上聯(lián)系梁不承擔(dān)荷載，僅僅連接框架。事實(shí)上，連接梁也應(yīng)調(diào)整框架不均勻的受力作用，使框架的受力更加均衡。同時(shí)，一些聯(lián)系梁也承擔(dān)著從板上傳來(lái)的負(fù)荷。

板

板不僅是直接承擔(dān)垂直負(fù)荷的部件，對(duì)于水平負(fù)荷，板的作用也很重要。板是保證框架結(jié)構(gòu)空間剛性的重要部件-板的平面內(nèi)剛性極大，甚至可以認(rèn)為無(wú)限大，因此可以對(duì)各柱承擔(dān)的側(cè)向力起到整體協(xié)調(diào)的作用，有效平衡各框架之間的力不均勻。在樓梯之間，由于沒(méi)有連續(xù)的地板，空間剛度大幅度降低，必須用四角柱穩(wěn)定這個(gè)不利空間，所以很多工程師把樓梯之間的四角柱設(shè)計(jì)成比較大的尺度。

梁和板一般采用鋼筋混凝土整體澆筑，保證該空間剛性，組裝式地板不能滿足要求，因此在抗震地區(qū)需要現(xiàn)澆地板。

墻壁

框架結(jié)構(gòu)的墻壁只有填充性的墻壁，即分隔和圍護(hù)的作用，不承擔(dān)重量和作用。沒(méi)有墻壁，框架結(jié)構(gòu)仍然存在。因此，墻壁必須與框架可靠地連接，以免在意外受力時(shí)被甩出結(jié)構(gòu)，但連接過(guò)密，必須與框架形成整體的工作系統(tǒng)，改變框架的受力狀態(tài)。

由于框架柱各自獨(dú)立地將上部負(fù)荷傳遞到地面上，可以單獨(dú)設(shè)計(jì)各個(gè)柱子的基礎(chǔ)，因此框架多采用柱子下面的獨(dú)立基礎(chǔ)。但有時(shí)由于荷載較大或地基相對(duì)軟弱，以及各個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)下的土層的差異，獨(dú)立基礎(chǔ)之間會(huì)形成地基的不均勻變形，從而導(dǎo)致地上結(jié)構(gòu)的裂縫；或由于獨(dú)立基礎(chǔ)面積過(guò)大，在實(shí)際施工中已經(jīng)形成各個(gè)基礎(chǔ)的相連狀態(tài)，此時(shí)設(shè)計(jì)者也經(jīng)常選擇柱下條形基礎(chǔ)。

一方面，柱子下面的條形基礎(chǔ)可以調(diào)整柱子之間的力，基礎(chǔ)負(fù)荷更均勻，另一方面，條形基礎(chǔ)的基礎(chǔ)面積大于獨(dú)立基礎(chǔ)，有利于基礎(chǔ)負(fù)荷的負(fù)荷和分布，提高了基礎(chǔ)的整體性。條形基礎(chǔ)可以設(shè)計(jì)成單向平行的條形基礎(chǔ)，也可以設(shè)計(jì)成相互交叉形式的交叉梁式基礎(chǔ)，后者的整體性更好。

對(duì)于高層框架結(jié)構(gòu)或地質(zhì)狀況相對(duì)較弱的區(qū)域，框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)也可以選擇筏板式基礎(chǔ)-用筏板連接各柱子，協(xié)調(diào)柱子之間的作用，形成整體基礎(chǔ)，有利于負(fù)荷的傳遞。筏板的基礎(chǔ)工程非常方便，但筏板厚，混凝土用量多，選擇時(shí)要慎重。

基礎(chǔ)和基礎(chǔ)之間一般設(shè)置基礎(chǔ)梁，其作用是平衡柱承擔(dān)的扭矩，減少基礎(chǔ)因扭矩作用產(chǎn)生的偏心。

計(jì)算平面

由于框架結(jié)構(gòu)的橫向柱數(shù)量少，剛度弱，同時(shí)由于計(jì)算技術(shù)的制約，傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多進(jìn)行橫向平面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，使橫向梁在設(shè)計(jì)中成為框架梁。相對(duì)橫向結(jié)構(gòu)的縱柱多，剛性大，一般只進(jìn)行結(jié)構(gòu)處理，縱向框架與框架之間連接的梁成為連接梁。但是，隨著現(xiàn)代建筑體型的復(fù)雜化和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代框架結(jié)構(gòu)有時(shí)很難明顯區(qū)分框架梁和聯(lián)系梁。

框架結(jié)構(gòu)一般采用正交矩形柱網(wǎng)的方式，整體平面也形成矩形。當(dāng)然，這并不是絕對(duì)的，計(jì)算技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)可以保證現(xiàn)代工程技術(shù)的入員，在面對(duì)任何復(fù)雜的平面時(shí)，都可以做出令人滿意的設(shè)計(jì)。

計(jì)算荷載傳遞

框架結(jié)構(gòu)中，受力主要是垂直力與水平力兩類。垂直荷載源于自重、以及各種活荷載，除非特殊荷載，多數(shù)垂直荷載被設(shè)計(jì)成均布荷載，可能直接作用在框架上（樓板搭載框架梁上），也可能通過(guò)其他構(gòu)件（次梁）以集中荷載的方式傳遞至框架上（樓板搭在非框架梁的次梁上，再由次梁傳遞至框架梁上）。框架結(jié)構(gòu)的垂直負(fù)荷由梁板系統(tǒng)承擔(dān)，進(jìn)而傳遞給柱子，從柱子傳遞給基礎(chǔ)。

水平負(fù)荷主要由風(fēng)和地震的作用產(chǎn)生。地板承擔(dān)建筑物的主要重量，地震時(shí)地板高度會(huì)產(chǎn)生巨大的地震力，因此一般將水平地震負(fù)荷簡(jiǎn)化為地板高度的水平集中力�？蚣艹袚�(dān)的風(fēng)力作用在建筑物的側(cè)壁上，通過(guò)側(cè)壁傳遞到承擔(dān)墻壁的框架梁上，因此風(fēng)力負(fù)荷對(duì)框架也可以簡(jiǎn)化為集中作用。也就是說(shuō)，水平負(fù)荷作用的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)是作用于各層高的水平集中負(fù)荷。

框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖

從內(nèi)力圖可以看出，框架結(jié)構(gòu)的梁、柱共同協(xié)調(diào)受力，等跨結(jié)構(gòu)的中柱在垂直負(fù)荷的作用下，不承擔(dān)扭矩，其他情況下，柱必須彎曲。這對(duì)頂柱來(lái)說(shuō)，軸向作用的負(fù)荷小，扭矩作用更加明顯。

框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法簡(jiǎn)述

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力基本上由計(jì)算機(jī)精確分析完成。但是，手工算法也有時(shí)被采用，主要是對(duì)簡(jiǎn)單的框架進(jìn)行初步分析，理解手工算法，把握框架結(jié)構(gòu)的力學(xué)概念和結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)是很重要的。

1.縱向負(fù)荷作用下的近似計(jì)算-分層計(jì)算法。

根據(jù)正確的分析法和矩圖，在垂直負(fù)荷的作用下，多層跨框架側(cè)移小，各層負(fù)荷對(duì)其他層部件的內(nèi)力影響也小，因此在計(jì)算中可以簡(jiǎn)化。分層算法的基本假設(shè)是，在垂直負(fù)荷的作用下，可以忽視框架的側(cè)向位移，忽視本層梁的垂直負(fù)荷對(duì)其他各層梁的內(nèi)力的影響。此時(shí)，多層框架可以通過(guò)單層框架解決，在誤差允許的范圍內(nèi)大大簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程。

2.水平負(fù)荷作用下的近似計(jì)算-反彎點(diǎn)法。

框架結(jié)構(gòu)受到的水平負(fù)荷(地震力、風(fēng)力)可以簡(jiǎn)化為節(jié)點(diǎn)的水平集中力。在集中力的作用下，框架梁、柱彎矩圖均為直線，部件有彎曲點(diǎn)-彎曲矩為0的點(diǎn)。如果能夠追求反向彎曲點(diǎn)的位置和反向彎曲點(diǎn)的剪切力，則可以追求框架梁、柱的內(nèi)力圖。

框架梁線剛度與柱線剛度之比大于3時(shí)，框架上部各層節(jié)點(diǎn)的實(shí)測(cè)角度小，可在計(jì)算中簡(jiǎn)化和忽視。在計(jì)算中，在確定各柱之間的剪力分配時(shí)，如果認(rèn)為框架梁的線剛度與柱的線剛度之比無(wú)限大，則上下柱端只有側(cè)移而沒(méi)有轉(zhuǎn)角，在確定同一柱中各端的側(cè)移相等的各柱的反轉(zhuǎn)點(diǎn)位置時(shí)，除了下層以外，認(rèn)為各柱的上下角相等。這樣，工作點(diǎn)的位置確定在柱子的中部，采用剪力分配法，可以尋求框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖。(剪切力分配法見(jiàn)排架部分)

3.在水平負(fù)荷作用下改善反彎點(diǎn)法-D值法。

改進(jìn)的反彎點(diǎn)法是在分析多層框架受力和變形特征的基礎(chǔ)上，提出修正柱的抗側(cè)移剛度和調(diào)整反轉(zhuǎn)點(diǎn)高度的方法。修正后柱的抗側(cè)移剛度用d表示，稱為d值法。

其兩個(gè)改進(jìn)是:一個(gè)是增加柱子的側(cè)移剛度修正系數(shù)，反映了節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)降低柱子抵抗側(cè)移的能力，根據(jù)梁柱線剛度比值可以計(jì)算柱子的側(cè)移剛度；二是調(diào)整彎曲點(diǎn)的高度，經(jīng)分析，拄的彎曲點(diǎn)的高度與柱子的上下兩端的角度有關(guān)，柱子的彎曲點(diǎn)不一定位于柱子的中心高度。

根據(jù)d值法，可以更準(zhǔn)確地分析框架結(jié)構(gòu)在側(cè)向力作用下的變形和受力。

框架設(shè)計(jì)概念原則

框架結(jié)構(gòu)屬于高次超靜態(tài)結(jié)構(gòu)，計(jì)算復(fù)雜，可依靠計(jì)算機(jī)進(jìn)行精確分析，但必須基于概念設(shè)計(jì)。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其概念原則包括:

強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)弱桿、強(qiáng)剪弱彎曲、強(qiáng)壓弱彎曲

這是從破壞的延展性和相對(duì)脆性的角度和重要性兩個(gè)方面考慮的結(jié)果。

強(qiáng)柱弱梁-在結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程中，柱的破壞會(huì)導(dǎo)致整體或局部結(jié)構(gòu)的崩潰，因此必須更加堅(jiān)固地設(shè)計(jì)柱的相對(duì)梁，由于其故障一般不會(huì)導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，因此相對(duì)次要。此外，柱子的破壞可能會(huì)出現(xiàn)相對(duì)脆性的情況，梁的破壞一般是延性的，因此柱子的設(shè)計(jì)必須選擇更高的可靠性。

強(qiáng)節(jié)弱桿-節(jié)點(diǎn)與部件的設(shè)計(jì)關(guān)系。這一方面是節(jié)點(diǎn)是部件的聯(lián)系，節(jié)點(diǎn)的破壞比部件的破壞嚴(yán)重得多，另一方面，在現(xiàn)代的設(shè)計(jì)計(jì)算理論中，部件的設(shè)計(jì)已經(jīng)成熟，節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)還沒(méi)有完善的理論。

強(qiáng)剪弱彎-與彎曲的破壞過(guò)程相比，部件的剪切破壞過(guò)程表現(xiàn)出相對(duì)脆性，而且剪切計(jì)算的計(jì)算公式也表現(xiàn)出更多的經(jīng)驗(yàn)性而不是理論性，防止剪切破壞是防止整個(gè)結(jié)構(gòu)破壞的重點(diǎn)之一。

強(qiáng)壓弱拉伸-破壞結(jié)構(gòu)更多拉伸特征是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的壓力破壞是混凝土的破壞，是脆性的拉伸破壞是鋼筋的屈服破壞，是延性的。因此，設(shè)計(jì)者希望將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成以拉伸破壞為特征的系統(tǒng)。