2.1 概述

多层建筑在我国应用广泛，如机械、化工、仪表、电子产品等多层厂房，以及教学楼、办公楼、商场、旅馆、宿舍等民用建筑等。按照《高层建筑混凝土结构技术规程》的定义，10层以下或房屋高度不大于28m的住宅建筑以及不大于24m的其他民用建筑为多层建筑。

多层框架结构按建筑材料可以划分为钢筋混凝土框架（以下简称“多层框架”）、钢框架、混合框架等，目前我国的多层建筑采用的结构体系以现浇钢筋混凝土框架结构为主。工程实际中的多层框架均是三维空间结构，如图2.1所示。多层空间框架结构一般由基础、框架柱、框架梁、次梁、现浇楼板组成，其中梁柱相交的部位为节点。在竖向荷载、水平荷载作用下，梁、板为受弯构件，柱为偏心受压构件。

多层空间框架一般基于有限元软件进行结构设计。首先建立空间杆系有限元模型[图2.1（b）和（c）]，然后根据结构力学的位移法基本原理计算空间框架的内力、变形，最后完成配筋计算。由于计算机内存、运算速度飞速发展，结构有限元计算方法也不断进步，采用这种方法已可完成非常复杂的实际建筑结构的计算、设计。

为了清楚地理解多层框架的受力、变形特点，掌握梁、柱的主要内力分布特征以及结构设计的基本概念和方法，在学习阶段一般采用另一种方法对多层空间框架进行结构分析，这种方法在计算机尚未用于结构设计的年代曾被普遍采用。以图2.2（a）所示的空间框架为例（将图中平行于短轴方向的平面框架称为横向框架，平行于长轴方向的平面框架称为纵向框架），当空间框架布置规则，且刚度和荷载分布较均匀，可采用以下假定：

①每榀框架抵抗平面内的水平荷载，平面外刚度很小，可以近似忽略；

②楼板在其自身平面内刚度很大，可近似为刚度无限大的平板，但在平面外的刚度很小，可近似忽略。

通过假定①，整个框架结构可划分成若干平面框架，共同抵抗该方向的水平荷载，垂直于该方向的平面框架不参与受力，相当于忽略了横向框架、纵向框架之间的空间联系，不考虑各构件的抗扭贡献。假定②则通过平面内刚度无限大的楼板将各榀平面框架联系成整体。由于楼盖仅发生刚体位移，楼盖平面内各榀平面框架没有相对变形，故每个楼层仅3个自由度即可确定每榀平面框架的楼层变形，可大幅度减少计算量。

在以上两点假定的基础上，可按下述方法将空间框架结构简化为二维平面框架结构进行内力、变形计算以及结构设计。首先，将楼面竖向荷载导算至相邻梁上，如图2.2（b）所示；其次，将作用于整个结构的楼层水平力分配给每一榀平面框架[如图2.2（c）所示，其中为了简化计算可暂忽略扭转的影响]。由此得到的平面框架计算简图如图2.2（d）和图2.2（e）所示，横向框架和纵向框架均分别承受各自分配到的竖向力、水平力。其中，作用在节点的竖向集中力是由正交方向的框架梁传给柱的，一般是考虑框架梁承担的竖向荷载，并按简支梁计算其支反力后确定该节点竖向集中力[图2.2（d）和图2.2（e）中已省略]；水平荷载（地震作用、风荷载）均需简化为节点集中力。上述计算的详细过程可参见本章附2.16的框架设计实例。

下面以平面框架为例，介绍多层框架的内力计算、结构设计方法。