摘要：框架結構內力計算與設計是建筑框架結構設計的重要組成部分，這一部分處于框架設計的核心地位，對框架結構的穩定性具有不可忽視的影響。文章將就框架結構內力計算與設計的方法和原則進行相關的探討。
　　關鍵詞：建筑結構；框架結構；內力計算與設計
　　在框架內力計算中，鋼筋混凝土框架結構在豎向荷栽，以及水平荷栽作用下的內力計算的簡化方法是主要的內容。框架內力組合的基本原理，以及梁、柱的內力組合目標、組合方法、框架截面設計的基本構造要求和基本規定，以及框架抗震承栽力驗算的表達式和方法等也是決定設計的主要因素。文章主要是就結構布置與計算簡圖、豎向荷載作用下的內力計算、框架梁截面設計與構造要求進行探討。
　　一、結構布置與計算簡圖
　　（一）結構布置
　　1、柱網布置
　　(1)框架結構柱網布置的原則。在進行框架柱網的布置過程中，表現要考慮四個方面，即要從滿足生產工藝要求、滿足建筑平面要求、使結構受力合理和方便施工這四個方面。通常情況下，會把柱子設在建筑縱橫軸線的交叉點上，這樣才能有效的減少柱網對建筑使用功能的影響。當然，在設計中不能忽視的一點是柱網與梁跨度是密切有關的，如果柱網尺寸大，那就能夠獲得更大的空間，不過這同時會加大梁柱截面尺寸，所以在設計時，必須要結合建筑需要和結構造價綜合考慮。在柱網布置的過程中，需要考慮到使結構在豎向荷載作用下內力分布均勻合理，保證各構件材料強度都能夠充分利用。此外，還需要盡量做到方便和加快施工進度，以便能夠更好的降低工程造價。
　　(2)框架結構的典型平面
　　框架結構平面通常會多采用四排柱方案，主要有兩種形式，即等跨式和內廊式。等跨式一般在公共建筑或輕型廠房中使用；內廊式通常適用于辦公樓、教學樓、醫院和賓館等需要有公共走廊的建筑中。內廊式的邊跨跨度L1通常控制在6～7m之間，內廊跨度L2取2．4～3m。如果考慮受力角度，L2大那受力就好，這就有利于降低中間支座負彎矩，構造上也好處理。在條件一致的情況下，等跨式框架梁跨中的最大彎矩、梁支座最大負彎矩及柱端彎矩一般都會比內廊式小。
　　(3)框架結構應設計成雙向梁柱抗側力體系
　　從框架按樓板的支承方式的角度上看，可分為三種，即橫向承重框架、縱向承重框架和混合承重框架。不過從抗風和抗
　　震的角度看，不管是選擇哪種承重方案，框架都必須是抗側力結構，所以都需要設計成剛接框架結構，同時還需要保持盡可能多次超靜定。尤其是在抗震設計中，由于縱向地震作用與橫向地震作用大致相同，所以雙向框架梁就需要必須按相關的抗震要求進行設計。一般來說，主體結構除個別部位外，都不宜采用鉸接。對有抗震設防要求的框架結構，縱向和橫向都應該設計為剛接框架，使之成為雙向抗側力體系。
　　2．關于單跨框架
　　《高層建筑混凝土結構技術規程》明確規定：抗震設計的框架結構不宜采用僅有兩排柱的單跨框架。這是主要是因為單跨框架的耗能能力不強，所以超靜定次數少，假設柱子在強震時無法避免地出現塑性鉸，那就很有可能出現連續倒塌的可能。1999年“9．21”的臺灣集集地震，就有不少單跨框架結構倒塌的震害實例。帶剪力墻的單跨框架結構，由于有剪力墻作為第一道防線，可以不考慮此限制，不過也要控制好高度，不宜太高。
　　3．梁柱節點的粱偏心處理
　　為保證建筑能夠形成可靠的抗側力結構，有效防止產生過大的偏心彎矩和柱子的扭轉，應該盡可能的讓框架梁、柱軸線重合。如果梁柱中心線無法重合，那在計算中就必須要考慮偏心對梁柱節點核心區受力和構造的不利影響，以及梁荷載對柱子的偏心影響。梁、柱中心線之間的偏心距，9度抗震設計時不能大于柱截面在該方向寬度的1／4，非抗震設計和6～8度抗震設計時，不要大于柱截面在該方向寬度的1／4。
　　事實上，在具體的工程設計中，框架梁、柱中心線無法重合，而且會產生偏心的情況是較為普遍的，必須要進一步加以處理。假如外墻貼外柱砌筑，那可以考慮把梁做成L形，再用挑出的翼緣承托外墻，而梁的矩形形心線保持和柱子形心重合。如果出現偏心距大于該方向柱寬的1／4的情況，那就應該考慮采取梁水平加腋的措施。在框架梁設置水平加腋后，還需要進一步考慮梁柱偏心的不利影響。根據國內外的試驗結果，采用水平加腋的方法，能明顯改善梁柱節點的承受反復荷載的性能。
　　二、豎向荷載作用下的內力計算
　　由于多層、多跨框架在豎向荷載作用下的側移很小，所以我們可以近似地按無側移框架進行分析。在進行豎向荷載作用下的簡化計算過程中，往往會把框架簡化為縱、橫向的平面框架。求解內力的近似方法有很多中，主要包括分層法，精確方法有力矩分配法、迭代法和無剪力分配法，本文主要是針對前兩種方法進行探討。
　　框架在豎向荷載作用下按彈性方法計算內力。考慮到有利于實現強柱弱梁的延性設計原則，允許梁端首先進入塑性狀態并出現塑性鉸，對梁端考慮塑性內力重分布，乘以梁端彎矩調幅系數，這樣可降低梁端鋼筋的數量，方便施工。對于現澆框架，彎矩調幅系數可取0．8～0．9。支座彎矩降低后，跨中彎矩按照調幅后的支座彎矩計算。與水平荷載內力進行組合時，應使用調幅后的彎矩。
　　1．豎向荷載作用下內力計算的彎矩分配法
　　如果分配和傳遞多次循環，那彎矩分配法可以取得很高的精度，這是一種較為精確的計算方法。然而，在實際工程中通常只要做到兩次分配和一次傳遞，就能夠得到符合要求的計算精度，所以也叫做彎矩二次分配法。由于節點多，所以在高層建筑結構中，在計算中往往各節點同時分配，接著在同時傳遞，再同時進行一次分配，最后將各節點分配彎矩取和即可。當然，在進行彎矩傳遞時，必須要注意保證同層梁的左右端彎矩互相傳遞，同層柱的上下端彎矩互相傳遞，絕對不能發生傳遞錯誤。接著，在求出彎矩的基礎上，再根據隔離體平衡求出其他內力。
　　2．彎矩調幅
　　在工程抗震設計中，一般是通過塑性鉸控制在梁端實現強柱弱梁和耗能設計原則。也就是說在進行計算內力時，一定要考慮梁端塑性變形，對梁端彎矩乘以彎矩調幅系數0．8～0．9(現澆)、0．7～0．8(裝配整體)。跨中彎矩按調幅以后的支座彎矩計算。框架梁設計時，跨中彎矩設計值要大于按照簡支梁計算的跨中彎矩的一半。
　　三、框架梁截面設計與構造要求
　　1．提高梁截面延性的措施
　　在抗震設計中，一般要求框架結構呈“強柱弱梁”、“強剪弱彎”的受力性能。這時，框架梁的延性及結構抗震耗能能力較好。對框架梁采用的延性措施主要有：選擇合理的截面尺寸，獲得適宜的配筋率，防止超筋破壞和脆性剪切破壞，使梁獲得一定的轉動能力，嚴格控制最大配筋率；加密箍筋，提高對混凝土及受壓鋼筋的約束；梁的跨中及支座應配置適量的受壓鋼筋(形成雙筋截面)，或采用T形截面，降低受壓區高度保證塑性鉸轉動能力；提高混凝土等級，采用中低級鋼筋。
　　2．框架梁截面尺寸的確定
　　框架梁截面尺寸應根據所承受的荷載大小、跨度、抗震設防烈度、混凝土強度等級等因素確定。一般應從構造要求、剛度要求、承載力要求和延性要求等方面考慮。
　　（1）剛度要求
　　一般情況下，框架梁的截面高度hb可按（1/10～1/12）Lb確定；Lb為主梁計算跨度。
　　（2）構造要求框架梁的凈跨與截面高度之比不宜小于4，粱的截面寬度不應小于200mm，截面高寬比不宜大于4。這是由于梁的跨高比對梁的抗震性能有明顯的影響，這就意味著當跨高比不斷減少，其剪力的影響就會不斷加大，進而導致剪切變形占全部位移的比重亦加大。大量的試驗結果表明，當梁的跨高比小于2時，就很有可能發生以斜裂縫為特征的破壞形態。而假如主斜裂縫形成，那就直接導致梁的承載力急劇下降，從而呈現出極差的延性性能。如果梁的跨度較小，而梁的設計內力較大時，就應該優先考慮加大梁的寬度，盡管這樣會增加梁的縱筋用量，不過對提高梁的延性卻十分有利。當梁的高度不大于800mm時，梁高通常取50mm的倍數。
　　現澆梁板結構中，為方便布筋，框架梁的高度一般都會大于次梁的高度。如果框架梁底部是單排縱筋，那框架梁應該要高出次梁50mm，如果是采用雙排縱筋或在次梁處布置橫向吊筋，那就必須要保證高出次梁100mm以上。
　　四、結語
　　事實上，框架結構內力計算與設計還包括許多方面的內容，本文主要是就其中較為核心的部分進行探討，要想獲得更好的設計方案，保證設計的可行性和科學性，就需要設計人員結合多方面的內容進行綜合考慮，在確定最佳的方案。
　　參考文獻：
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