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摘要：根据工程实例，说明工业建筑中钢筋混凝土框架结构的设计要点。 关键词：框架结构；总刚分析；弹性结点中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
由于框架结构能够提供较大的空间，有利于建筑功能的组织和分割，因此，在工业和民用建筑中其应用十分广泛。工业建筑由于工艺等要求，建筑层高较高，钢筋混凝土楼面板大面积开洞，给方案初期的结构设计带来一些问题。在设计中期，由于工业厂房的特殊性，在钢筋裂缝控制，钢筋保护层等问题也要特别注意。
1框架结构的耗能机理 框架结构主要是以压弯构件——竖向框架柱和以弯剪构件——水平框架梁组成的。框架结构的延性很大程度上取决于框架梁和框架柱构件本身的延性和屈服弯矩。 在地震作用下，框架结构每经过一个循环，加载时先是结构吸收或储存能量，卸载时释放能量。
工程概况介绍：某化工厂房，厂房的生产火灾危险性类别为甲类（有爆炸危险）。工程地点在营口市。平面尺寸：长度3+6*9=57米，进深6*3=18米，共三层，每层6米。钢筋混凝土框架结构，抗震设防烈度为7度时，设计基本地震加速度值为0.15g。场地类别为Ⅲ类，抗震构造措施按8度考虑。室内外高差0.3m
2 计算简图的处理
2.1 基础梁层的增加
基础梁层的增加：
一般情况下，基础梁设置在基础高度范围内，作为基础的一部分，此时结構的底层计算高度应取基础顶面至一层楼板顶面的高度。基础梁仅考虑承担上部墙体荷载，构造满足普通梁的要求即可。当按规范要求需设置基础拉梁时，其断面和配筋可按构造设计，截面高度取柱中心距的1／12，纵向受力钢筋取所连接的柱子的最大轴力设计值的10％作为拉力来计算。
本例中，基础埋深1.8米，基础顶面到至一层楼板顶面的高度7.5米左右。为了减少底层柱的计算高度和位移，设在-0.050以下这个位置设置基础拉梁，把基础拉梁作为一层输入。底层计算高度为1.5米，二层计算高度为6.0米，拉梁层无楼板，做开洞处理，定义弹性结点， 并采用总刚分析(对于定义有较大范围的弹性楼板要采用总纲)方法进行计算。基础拉梁截面及配筋按实际计算结果采用。由此造成底层柱短柱的问题，采取柱箍筋加密间100mm，予以加强。
2.2主次梁的铰接问题
结构构件要起到嵌固作用必须要相对线刚度大于3以上。点铰的目的在于，允许该梁在地震作用下开裂，卸载。计算模型里，并考虑次梁的刚度贡献，次梁和楼板一样，仅作为传导荷载作用。所以，次梁并不参与抗震。在PKPM中，次梁是按主梁输入的，它对整体刚度的贡献也非常微弱。点铰等于是把上部钢筋配小了，那么允许开裂后，自然框架梁的受扭情况就好很多。本例中，次梁端支座改为铰接。如果是单跨次梁，两端改为铰接；如果是多跨次梁，边跨端支座改为铰接。 主梁对于次梁的边跨端支座的实际的约束作用，通过构造配置一定的负钢筋解决。3结构设计参数的选用时注意的问题
3.1 抗震等级的确定：根据《石油化工建(构)筑物抗震设防分类标准》 (GB50453-2008)，该厂房的抗震设防分类为乙类。根据建筑抗震设计规范(GB50011-2010)条文说明中6.1.2中规定:钢筋混凝土房屋结构应根据抗震等级采取相应的抗震措施。抗震措施包括抗震计算时的内力调整措施和各种抗震构造措施。因此，乙类建筑应提高一度查表6.1.2确定其抗震等级。在表6.1.2中，结构设防烈度为7度，高度《24米，结构为三级抗震。现在因是乙类建筑，就是在查表时按设防烈度为8度，高度《24米，结构为二级抗震。
3.2 结构周期折减系数：框架结构由于填充墙的存在，使结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期，因此，算出的地震作用效应偏小，使结构偏于不安全，因而对结构的计算周期进行折减是必要的。折减系数可根据填充墙的材料及数量选取0．7～1.0。本工程除楼梯间外，没有内隔墙，折减系数取为0.9。
3.3 梁刚度放大系数 ：SATWE或TAT等计算软件的梁输入模型均为矩形截面，未考虑因存在楼板形成T型截面而引起的刚度增大，造成结构的实际刚度大于计算刚度，算出的地震剪力偏小，使结构偏于不安全。因此计算时应将梁刚度进行放大，放大系数中梁取2.0、边梁取1.5。
3.4 本工程由于楼板局部开面积开洞（开洞率为27%）、楼板平面较长及平面弱连接等，考虑楼板面内刚度有较大削弱，而采用弹性楼板6模型又会影响梁配筋的安全储备，可以采用弹性膜模型，弹性膜模型是采用平面应力膜单元真实地计算楼板的平面内刚度，同时又假定楼板的平面外刚度为零。
设计前期，遇到一个问题：由于工艺问题，甲方要求柱子550*550，框架梁300*550。
方案一：按纯框架计算，在确定了相关的结构参数后，考虑偶然偏心后计算出弹性层间位移角的限值为的1/473，不满足1/550的要求。梁板柱的混凝土强度等级均为C30。
方案二:按纯框架计算，在确定了相关的结构参数后，柱子改为600*600，框架梁300*600，，考虑偶然偏心后计算出的位移为1/535，不满足弹性位移为1/550的要求。混凝土为C35
方案三:四角柱子为650*650，其余柱子为600*600，框架山墙梁为300*700，其余梁为300*600，混凝土强度等级为C35，考虑偶然偏心后计算出的位移为1/565，满足要求。
方案四:设置混凝土墙，减少结构位移。因位移主要在Y向不够，故而两侧山墙剪力墙的长度为1500mm，X向剪力墙的长度为750mm，考虑偶然偏心后计算出的位移为1/566。结构可定性为带有少量剪力墙的框架结构。
在抗规中6．1．3 条，对此类结构有明显的阐述。钢筋混凝土房屋抗震等级的确定，尚应符合下列要求：设置少量抗震墙的框架结构，在规定的水平力作用下，底层框架部分所承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％时，其框架的抗震等级应按框架结构确定，抗震墙的抗震等级可与其框架的抗震等级相同。
分析a．设置剪力墙并没有改变结构体系，仍是框架结构；明确结构体系的目的在于分清框架及剪力墙在结构中地位的主次关系，其中框架是主体，是承受竖向荷载的主体，也是主要的抗侧力结构。
b．设置少量剪力墙的目的在于满足规范对框架结构的位移限值的要求；
c．结构分析计算中除应按纯框架结构计算外,还应考虑剪力墙与框架的协同工作。
设计原则：
①框架结构按纯框架结构（不计入剪力墙）和框架-剪力墙结构分别计算，包络设计。框架的抗震等级按纯框架结构确定。
②对剪力墙按框架-剪力墙协同工作（即按框架-剪力墙结构）计算，剪力墙的抗震等级取四级，剪力墙则按构造配筋设计。
理由：设置剪力墙的根本目的是控制框架结构的弹性位移值，并使其满足规范对框架结构弹性位移限值的要求，不考虑剪力墙的承载能力要求，因此剪力墙在满足竖向承载力要求的前提下可构造设置。
综上论述：方案中只有方案三和方案四是满足要求的，由于方案四在结构体系上概念不清晰，受力不明确，实际操作困难，不采用。最终选定方案三，与甲方协商后，甲方也同意这样的计算结果，结构设计工作进入到实质性阶段。
4框架梁
4.1 因在生产过程中有HCL的产生，对上部结构有弱腐蚀作用。根据工业建筑防腐蚀设计规范 （GB 0046-2008）
4.2.1 表4.2.3结构混凝土的基本要求为：最低混凝土强度C30,最小水泥用量300Kg/m3，最大水灰比0.5.最大氯离子含量：0.1%
4.2.2 表4.2.4裂缝控制等级和最大裂缝宽度允许值：三级，0.2mm.这里要求梁的裂缝按0.2mm控制。
4.2.3 梁柱的钢筋混凝土保护层的最小厚度为35(mm)
4.2.4混凝土结构外露的钢制预埋件、连接件的防护:聚合物水泥的砂浆抹面15mm.结构板配筋：因工艺要求，楼板大面积开洞，在洞口边设边梁，楼板厚度为130mm,采用双层双向￠8@150加强结构。
结论钢筋混凝土框架结构以其建造经济、建成后无需过多的维护使其成为我国的工业建筑中的主要结构形式。
由于框架结构能够提供较大的空间，有利于建筑功能的组织和分割，因此，在工业和民用建筑中其应用十分广泛。工业建筑由于工艺等要求，建筑层高较高，钢筋混凝土楼面板大面积开洞，给方案初期的结构设计带来一些问题。在设计中期，由于工业厂房的特殊性，在钢筋裂缝控制，钢筋保护层等问题也要特别注意。
1框架结构的耗能机理 框架结构主要是以压弯构件——竖向框架柱和以弯剪构件——水平框架梁组成的。框架结构的延性很大程度上取决于框架梁和框架柱构件本身的延性和屈服弯矩。 在地震作用下，框架结构每经过一个循环，加载时先是结构吸收或储存能量，卸载时释放能量。
工程概况介绍：某化工厂房，厂房的生产火灾危险性类别为甲类（有爆炸危险）。工程地点在营口市。平面尺寸：长度3+6*9=57米，进深6*3=18米，共三层，每层6米。钢筋混凝土框架结构，抗震设防烈度为7度时，设计基本地震加速度值为0.15g。场地类别为Ⅲ类，抗震构造措施按8度考虑。室内外高差0.3m
2 计算简图的处理
2.1 基础梁层的增加
基础梁层的增加：
一般情况下，基础梁设置在基础高度范围内，作为基础的一部分，此时结構的底层计算高度应取基础顶面至一层楼板顶面的高度。基础梁仅考虑承担上部墙体荷载，构造满足普通梁的要求即可。当按规范要求需设置基础拉梁时，其断面和配筋可按构造设计，截面高度取柱中心距的1／12，纵向受力钢筋取所连接的柱子的最大轴力设计值的10％作为拉力来计算。
本例中，基础埋深1.8米，基础顶面到至一层楼板顶面的高度7.5米左右。为了减少底层柱的计算高度和位移，设在-0.050以下这个位置设置基础拉梁，把基础拉梁作为一层输入。底层计算高度为1.5米，二层计算高度为6.0米，拉梁层无楼板，做开洞处理，定义弹性结点， 并采用总刚分析(对于定义有较大范围的弹性楼板要采用总纲)方法进行计算。基础拉梁截面及配筋按实际计算结果采用。由此造成底层柱短柱的问题，采取柱箍筋加密间100mm，予以加强。
2.2主次梁的铰接问题
结构构件要起到嵌固作用必须要相对线刚度大于3以上。点铰的目的在于，允许该梁在地震作用下开裂，卸载。计算模型里，并考虑次梁的刚度贡献，次梁和楼板一样，仅作为传导荷载作用。所以，次梁并不参与抗震。在PKPM中，次梁是按主梁输入的，它对整体刚度的贡献也非常微弱。点铰等于是把上部钢筋配小了，那么允许开裂后，自然框架梁的受扭情况就好很多。本例中，次梁端支座改为铰接。如果是单跨次梁，两端改为铰接；如果是多跨次梁，边跨端支座改为铰接。 主梁对于次梁的边跨端支座的实际的约束作用，通过构造配置一定的负钢筋解决。3结构设计参数的选用时注意的问题
3.1 抗震等级的确定：根据《石油化工建(构)筑物抗震设防分类标准》 (GB50453-2008)，该厂房的抗震设防分类为乙类。根据建筑抗震设计规范(GB50011-2010)条文说明中6.1.2中规定:钢筋混凝土房屋结构应根据抗震等级采取相应的抗震措施。抗震措施包括抗震计算时的内力调整措施和各种抗震构造措施。因此，乙类建筑应提高一度查表6.1.2确定其抗震等级。在表6.1.2中，结构设防烈度为7度，高度《24米，结构为三级抗震。现在因是乙类建筑，就是在查表时按设防烈度为8度，高度《24米，结构为二级抗震。
3.2 结构周期折减系数：框架结构由于填充墙的存在，使结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期，因此，算出的地震作用效应偏小，使结构偏于不安全，因而对结构的计算周期进行折减是必要的。折减系数可根据填充墙的材料及数量选取0．7～1.0。本工程除楼梯间外，没有内隔墙，折减系数取为0.9。
3.3 梁刚度放大系数 ：SATWE或TAT等计算软件的梁输入模型均为矩形截面，未考虑因存在楼板形成T型截面而引起的刚度增大，造成结构的实际刚度大于计算刚度，算出的地震剪力偏小，使结构偏于不安全。因此计算时应将梁刚度进行放大，放大系数中梁取2.0、边梁取1.5。
3.4 本工程由于楼板局部开面积开洞（开洞率为27%）、楼板平面较长及平面弱连接等，考虑楼板面内刚度有较大削弱，而采用弹性楼板6模型又会影响梁配筋的安全储备，可以采用弹性膜模型，弹性膜模型是采用平面应力膜单元真实地计算楼板的平面内刚度，同时又假定楼板的平面外刚度为零。
设计前期，遇到一个问题：由于工艺问题，甲方要求柱子550*550，框架梁300*550。
方案一：按纯框架计算，在确定了相关的结构参数后，考虑偶然偏心后计算出弹性层间位移角的限值为的1/473，不满足1/550的要求。梁板柱的混凝土强度等级均为C30。
方案二:按纯框架计算，在确定了相关的结构参数后，柱子改为600*600，框架梁300*600，，考虑偶然偏心后计算出的位移为1/535，不满足弹性位移为1/550的要求。混凝土为C35
方案三:四角柱子为650*650，其余柱子为600*600，框架山墙梁为300*700，其余梁为300*600，混凝土强度等级为C35，考虑偶然偏心后计算出的位移为1/565，满足要求。
方案四:设置混凝土墙，减少结构位移。因位移主要在Y向不够，故而两侧山墙剪力墙的长度为1500mm，X向剪力墙的长度为750mm，考虑偶然偏心后计算出的位移为1/566。结构可定性为带有少量剪力墙的框架结构。
在抗规中6．1．3 条，对此类结构有明显的阐述。钢筋混凝土房屋抗震等级的确定，尚应符合下列要求：设置少量抗震墙的框架结构，在规定的水平力作用下，底层框架部分所承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％时，其框架的抗震等级应按框架结构确定，抗震墙的抗震等级可与其框架的抗震等级相同。
分析a．设置剪力墙并没有改变结构体系，仍是框架结构；明确结构体系的目的在于分清框架及剪力墙在结构中地位的主次关系，其中框架是主体，是承受竖向荷载的主体，也是主要的抗侧力结构。
b．设置少量剪力墙的目的在于满足规范对框架结构的位移限值的要求；
c．结构分析计算中除应按纯框架结构计算外,还应考虑剪力墙与框架的协同工作。
设计原则：
①框架结构按纯框架结构（不计入剪力墙）和框架-剪力墙结构分别计算，包络设计。框架的抗震等级按纯框架结构确定。
②对剪力墙按框架-剪力墙协同工作（即按框架-剪力墙结构）计算，剪力墙的抗震等级取四级，剪力墙则按构造配筋设计。
理由：设置剪力墙的根本目的是控制框架结构的弹性位移值，并使其满足规范对框架结构弹性位移限值的要求，不考虑剪力墙的承载能力要求，因此剪力墙在满足竖向承载力要求的前提下可构造设置。
综上论述：方案中只有方案三和方案四是满足要求的，由于方案四在结构体系上概念不清晰，受力不明确，实际操作困难，不采用。最终选定方案三，与甲方协商后，甲方也同意这样的计算结果，结构设计工作进入到实质性阶段。
4框架梁
4.1 因在生产过程中有HCL的产生，对上部结构有弱腐蚀作用。根据工业建筑防腐蚀设计规范 （GB 0046-2008）
4.2.1 表4.2.3结构混凝土的基本要求为：最低混凝土强度C30,最小水泥用量300Kg/m3，最大水灰比0.5.最大氯离子含量：0.1%
4.2.2 表4.2.4裂缝控制等级和最大裂缝宽度允许值：三级，0.2mm.这里要求梁的裂缝按0.2mm控制。
4.2.3 梁柱的钢筋混凝土保护层的最小厚度为35(mm)
4.2.4混凝土结构外露的钢制预埋件、连接件的防护:聚合物水泥的砂浆抹面15mm.结构板配筋：因工艺要求，楼板大面积开洞，在洞口边设边梁，楼板厚度为130mm,采用双层双向￠8@150加强结构。
结论钢筋混凝土框架结构以其建造经济、建成后无需过多的维护使其成为我国的工业建筑中的主要结构形式。