框架结构的竖向抗侧力构件为柱、梁。由于构件截面尺寸偏小,框架的抗侧刚度小,为控制框架结构在强烈地震作用下的损伤和变形,一般将有抗震设防要求的钢筋混凝土框架结构的最大高度限制在60(6度设防)~24m(9度设防)。
多层框架是杆系结构,梁、柱相连处为框架节点,工程中一般采用现浇节点,在其计算简图中可将节点简化为刚性连接,因此框架结构为高次超静定结构,如图2.3(a)—图2.3(f)所示。有时,为便于施工或其他构造要求,也可将部分节点做成铰节点[图2.3(h)]或半铰节点[图2.3(i)],从而形成有铰接节点的框架[图2.3(g)]。
为利于结构受力,框架结构应注意规则性,框架梁宜拉通、对直,框架柱宜上下连通、对齐。实际工程中由于使用功能、建筑造型等要求,框架结构也可以布置成有坡屋面的框架[图2.3(b)]、局部抽柱或抽梁的框架[图2.3(c)和图2.3(d)]、有退台的框架[图2.3(e)]等。
混凝土框架结构按施工方法不同可分为现浇式、装配式和装配整体式。
现浇式框架结构的柱、梁、楼板全部在现场浇筑混凝土,整体性好,抗震性能好。缺点是现场施工的工作量大,人工成本高,模板、支撑需求量大,噪声和对环境的影响较难克服,工期长。我国在过去几十年主要采用现浇式框架结构,但随着建筑工业化、绿色建筑施工的不断推进,装配整体式框架结构正越来越受到重视。
装配式框架结构是指柱、梁、楼板全部为预制,将构件吊装就位后通过拼装、焊接、螺栓连接等方式将各类构件连接成整体框架结构。由于构件为预制,可实现建筑工业化(即柱、梁、楼板可按标准化、工厂化、机械化生产),并具有施工速度快、效率高的优点;与此同时,现场施工基本避免了钢筋加工、绑扎以及混凝土浇筑等,可显著减小施工中的扬尘、噪声对环境的影响。但装配式框架结构各构件之间的联系相对较弱,整体性较差,抗震性能较弱,且需要大量的运输、吊装工作。
图2.3 框架结构组成示例
装配整体式框架结构是指柱、梁、楼板全部或部分为预制,构件吊装就位后,通过在构件连接区(例如梁柱节点区,或钢筋桁架叠合楼板的后浇叠合层等)焊接、绑扎钢筋,并局部浇筑混凝土,使各构件连接成整体框架结构。这种框架结构具有良好的整体性和抗震性能,又可采用预制构件,湿作业少,且模板、支撑需求量明显减小,因此同时兼有现浇式框架和装配式框架的优点。装配整体式框架的缺点是连接区的构造做法、施工较为复杂。
在多层框架中,框架梁的截面形式一般为矩形,当楼板为现浇时,应将一部分现浇楼板(包括平行于梁轴向的钢筋)作为框架梁的翼缘共同受力,即框架梁截面为Т形或倒L形。当采用预制楼板时,为增加建筑净空,框架梁截面常为十字形[图2.4(a)]或花篮形[图2.4(b)];也可将预制梁作成Т形截面,待预制板安装就位后,再现浇剩余部分混凝土,使后浇混凝土与预制梁共同工作,形成叠合梁[图2.4(c)]。采用叠合梁除有利于减小楼盖结构高度外,还可将梁、板有效地连成整体,改善结构的抗震性能。
图2.4 预制楼板时框架梁的截面形式示例
框架柱的截面形式常为矩形或正方形,由于建筑要求,有时也设计成圆形、正多边形等。
由于我国目前仍以现浇式框架结构为主,且与装配整体式框架结构的计算、设计方法相似,本章主要介绍现浇式钢筋混凝土框架结构。