框架结构简化受力分析

框架结构简化受力分析

杨振艺

重庆第二外国语学校重庆400065

摘要：随着现代社会的不断发展，人们的生活不断向商业化和城市化变化，高层建筑是其中最为显著的表现。高层建筑结构形式多种多样，其中框架结构因其自重轻、节省材料、空间分隔灵活等特点被广泛应用。为保证建筑结构的稳定性和耐久性对其进行受力分析十分必要，通过将框架结构简化为梁柱结构进行简单的力学和形变分析，找出结构最易发生破坏部位，并提出相应的补强措施，为建筑结构的稳定和安全施工提供借鉴。

关键词：框架结构、建筑、简化、梁柱结构、受力分析

引言

我国最早的高层建筑主要是由木或砖建造的寺和塔，如河南嵩山寺塔，为砖砌单筒结构，山西应县木塔，为内外两环柱网结构。长期以来我国高层建筑发展缓慢，直到改革开放后随着城市化建设不断深入以及施工技术的不断进步和施工机械和材料的革新，我国高层建筑迅速发展。其中钢和钢筋混凝土为最主要的建筑材料，结构形式主要分为框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒中筒结构等，其中框架结构具有整体性较好、构件类型少、结构轻巧、空间分隔灵活、施工方便等特点，成为最为主要的高层建筑形式。因此框架结构的受力分析备受人们关注。何庆峰[1]通过物理模型试验模拟了一榀4跨3层的钢筋混凝土平面框架的倒塌过程，并对试验模型框架受力过程进行分析,探讨了结构受力机制的转换。黄远[2]通过物理模型对比试验研究了装配整体式混凝土框架结构的滞回性能、延性和耗能能力等抗震性能。缪志伟[3]基于能量抗震设计方法在钢筋混凝土(RC)框架结构中的应用，通过大量RC框架结构算例的弹塑性分析,提出基于"强柱弱梁"耗能机制下RC框架梁、柱构件累积滞回耗能需求的计算方法。上述方法都是通过复杂的物理模型试验或者理论推导进行框架结构受力分析，本文通过将框架结构简化为梁柱结构，并进行简单的荷载-形变分析，基于形变特性，找出易于破坏的部位，提出相应的补强措施，简单形象，易于普通大众接受。

1框架结构介绍

高层建筑指的是具有较多层数，高度相对较高的建筑。但是具体如何划分，国际上至今没有统一的标准，我国规定超过10层的住宅建筑和超过24米高的其他民用建筑为高层建筑[4]。对于高层建筑，建筑的结构体系选择是最为重要的。结构体系指的是结构抵抗外部作用的构件的组成方式。高层建筑常用的结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构以及框架—筒体结构等，大都以框架结构作为整体结构或者在框架结构基础上进行改良。因此研究框架结构受力，就显得尤为重要。

框架结构指的是由梁、柱及基础等承重构件组成的平面框架作为承重结构的体系[5]。框架结构框建筑平面布置灵活，可形成较大建筑空间，如做成较大空间的会议室、营业室、教室等，同时具有承受竖向荷载作用合理、结构自重轻等优点。框架结构同时承受竖向和水平两个方向荷载,但是由于框架结构侧向刚度小,当高度较高时，在受到水平方向较大荷载时,易产生较大横向位移,造成结构损坏，因此框架结构建筑高度不宜太高。因框架结构具有受力合理、造价低廉等优点，广泛应用于办公、住宅、商店、医院、学校及工业厂房等，因此分析框架结构受力特点具有重要意义。

2框架结构受力分析

现实生活中，构成框架结构的材料大都是钢筋混凝土，因此精确计算框架结构的受力十分困难，为了简化计算，本篇论文不考虑钢筋混凝土的材料力学性能以及配筋，仅从结构力学角度进行简要分析。框架结构主要由梁和柱构成，因此对梁和柱以及简单的框架进行受力分析。

2.1梁受力分析

房屋建筑中常见的梁，一般都具有一个纵向的对称轴，这个对称轴和梁的中轴线组成了梁的纵向对称面，如图1所示。

2.4框架结构设计建议

框架结构中，梁主要承受弯矩形变，且弯矩形变与梁跨度的高次方成正比，与梁的截面惯性矩成反比因此为提高梁的承载能力，不但要合理地减小弯矩和变形，而且要增大截面（截面矩形改为工字形截面或者T字形截面）、减小跨度以使梁的设计受力合理。又因梁主要发生拉伸形变，因此应在梁底部布置钢筋进行加强。

框架结构中梁主要承受上部结构和荷载产生的轴向压力、梁偏心压力产生的偏心弯矩以及水平荷载产生的弯矩。因此为保证梁的结构稳定性，在保证工程需要的前提下，尽可能减小柱的高度，增大柱的截面。另外施工时注意柱端箍筋以及抗偏心纵筋的布置。

框架结构高度较大时，底部各层柱的轴力大，框架结构的侧向刚度小，在风荷载和地震作用下结构侧移迅速增大。因此框架结构避免过高建设，其次在结构设计上加强框架结构抗水平荷载能力的提高。

3结论

通过对框架结构进行受力分析得到以下结论：

（1）框架结构具有整体性较好、构件类型少、结构轻巧、空间分隔灵活、施工方便等特点。

（2）框架结构中，梁主要承受弯矩，产生弯曲变形，在保证工程需要的前提下，减小梁的长度，并在梁的底部布置钢筋。

（3）柱主要承受轴向压力以及水平荷载和偏心压力产生的弯矩，因此要加强柱端纵筋箍筋以及抗偏心纵筋的布置。

（4）框架结构侧向刚度小，因此要注重整体结构的抗水平荷载能力的提高。

参考书目

[1]何庆锋.钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能试验研究[D].湖南大学,2010.

[2]黄远,张锐,朱正庚,易伟建,许铭.现浇柱预制梁混凝土框架结构抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2015,36(01):44-50.

[3]缪志伟,马千里,叶列平.钢筋混凝土框架结构基于能量抗震设计方法研究[J].建筑结构学报,2013,34(12):1-10.

[4]白志刚.高层建筑施工初探[J].太原城市职业技术学院学报,2013(06):179-180.

[5]郑昌龙.楼梯对框架结构抗震性能影响的研究[D].天津大学,2014.