时间：2023-05-29 17:38:14
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇框架结构，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：结构设计；框架结构；少墙框架；对比；应用
中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：
Abstract: With the development of Chinese construction industry, the people have the deep understanding on the frame structure performance, and give full play to its characteristics. This paper analysis of existing problems from the high earthquake intensity area of multi-story frame structure design, illustrated with examples for less wall frame structure and its application in practical engineering.
Key words: structural design; frame structure; little wall frame; contrast; application
2008年汶川大地震以来，《建筑抗震设计规范》进行了两次修订，人们对框架认识不断深入，发现框架结构在地震过程中容易出问题的地方：1.梁柱节点处，墙柱弱梁的设计理念未能得到很好应用，导致梁完好无损，而框架柱的节点核心区则破坏严重。2.由于填充墙体的分布不均匀，导致薄弱层的存在。3.由于填充墙在门窗洞口处未沿层高布置，使框架柱形成短柱，在该处形成薄弱环节，设计人员也未采取措施进行加强。针对框架结构在设计过程中存在的一些问题和缺陷。少墙框架能够很好的弥补其中一部分缺陷，并可以在合适的工程设计中得以使用。
高烈度区框架结构设计中的问题
2010版抗震规范与2008版抗震规范中对于框架梁柱内力调整系数对比详表1：
表1：
2008版抗震规范 2011版抗震规范
框架柱端弯矩增大系数 一~三级：1.4,1.2,1.1 一~四级：1.7,1.5,1.3,1.2
底层框架柱下端弯矩增大系数 一~三级：1.5,1.25,1.15 一~四级：1.7,1.5,1.3,1.2
梁端剪力增大系数 一~三级：1.3,1.2,1.1 一~三级：1.3,1.2,1.1
柱剪力增大系数 一~三级：1.4,1.2,1.1 一~四级：1.5,1.3,1.2,1.1
从中我们不难看出，规范编写组针对地震过程中比较容易出问题的框架柱的内力作了较大的调整，而对框架梁则没作调整。这是一个比较有效的实现强柱弱梁的措施之一。
1.2伴随着框架柱内力的大幅度提高，在设计过程中这样那样的问题也就浮出水面了。
首先，框架柱的截面必须增大很多才能使计算结果满足规范要求。然而作为框架结构，其空间灵活的优势则不能游刃有余。虽不说是消失殆尽，也在一定程度上限制了框架结构其应有作用的发挥。比如说，在多层框架住宅设计中，以前400*400的框架柱就可以满足要求，而现在可能要做到500*500，甚至600*600。作为结构设计人员，不仅仅要考虑到结构设计满足计算结果了事，我们也同样的担负起对建筑的使用和美观设计的重担。
其次，即便是调整了框架梁柱的尺寸，有些计算结果也是很难能满足规范要求的。比如说，弹性层间位移角限值，抗震规范表5.5.1规定：框架结构其值为：1/550。无限制的增加梁柱截面来满足规范要求是不现实的。
再次，由于内力的调整，框架梁柱截面及配筋的加大，钢筋含量无疑会增加很多。对于开发商来说，是不能接受的。
1.3框架结构中填充墙的不合理布置，从框架结构的概念设计上来说是一大诟病。
填充墙作为框架结构中分割建筑功能不可或缺的一部分，其作用是不言而喻的。然而一些建筑，由于其填充墙的不合理布置导致薄弱层的存在，而一些结构设计人员不能够认识到这一点，或者是能够认识这一点，却在设计中不能采取有效的措施来弥补不足。这一类建筑在学校中尤其突出，很多学校把宿舍楼的底层设计成架空层，作为学生活动、停放自行车等场所。无疑给学生带来了极大的方便。学校的建筑作为乙类建筑，其重要性不必多说。在汶川地震中，大量学校建筑的破坏给我们留下了深刻的印象。然而我们一部分结构设计人员却不能很好的通过自己所学习的知识和对规范的深刻理解，来帮助建筑师、业主达到这一目的，使我们的建筑即好用，又安全。
流行的结构设计软件PKPM、广厦等，不能在程序中较好的反应填充墙的作用。仅仅通过输入荷载和周期折减系数的调整来反应填充墙对整体结构的影响。然而周期折减调整系数模糊不清，范围也比较大。结构设计人员为了达到得到比较满意的计算结果，往往取最大值。2010版抗震规范和2011版砌体结构设计规范也要求了：有抗震设防要求时宜采用填充墙与框架脱开的方法。这样可以有效的防止在地震作用过程中填充墙的不利影响，比如短柱效应。
2.少墙框架结构的出现和在实际工程中的应用
2.1 少墙框架结构的含义
所谓少墙框架结构，顾名思义，在以框架梁柱为主要抗侧力构件的母体上，布置少量的剪力墙。其本质上还是框架结构。由于少量剪力墙的设置，无疑给框架结构增加了一道防线。使得我们的结构更加安全、可靠，然后即便是少量剪力墙的设置，也要合情合理，不能因为其可有可无，而布置的杂乱无章，使得结构的扭转效应增大。
2.2 少墙框架结构出现的背景
由于框架结构在实际工作中，和新规范提出更高要求的情况下，显得力不从心。一种介与框架结构和框架-剪力墙结构之间的结构就出现了。少量的剪力墙和框架一起分担地震力，并且能有效的降低弹性层间位移角，使其满足舒适度和规范的要求。
2.3 少墙框架和框架-剪力墙结构的区别
鉴于少墙框架是个新生事物，并逐渐得到专家和设计人员的认可。我们如何区别少墙框架和框架-剪力墙结构呢？笔者认为可以从以下两个方面来区分：
首先，从概念设计上来区分。少墙框架结构，本质上还是框架结构，只是在其中增加了少量的剪力墙，使得剪力墙能够给和框架协同工作，剪力墙数量较少。框架-剪力墙结构相对来讲，剪力墙的数量多一些。概念设计虽然是个模糊的概念，但对于成熟的结构设计人员来说又是相当重要的。
再者，从量上来区分。对于设计经验不是很丰富的结构设计人员来说，没有一个具体的量，是很难把握的。《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）6.1.3条给予了设计人员一个设计依据:在规定水平力作用下，底层框架部分所承担的地震倾覆力矩大于地震总倾覆力矩的50%时，其框架的抗震等级应按照框架结构确定，抗震墙的抗震等级可与其框架的抗震等级相同。
综上所述，我们就能做到心中有数的进行合理的布置剪力墙，来辅助框架工作。
Abstract： In view of the bad damage mode and common forms of damage of the frame structure under earthquake， this paper analyzes the causes of the damage of frame structure. Combined with the actual structure of the frame， the reinforcement methods suitable for the frame structure are put forward， and the characteristics and defects of these reinforcement methods are pointed out. The reinforcement technologies are systematically classified， and the shortcomings of the existing reinforcement technology are pointed out， which can provide reference for the development of frame structure reinforcement technology.
关键词： 框架结构；加固技术；FRP加固；复合加固
Key words： frame structure；reinforcement technology；FRP reinforcement；composite reinforcement
中图分类号：TU377.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）11-0113-02
0 引言
框架Y构又称构架式结构，是由梁和柱以刚接或铰接的形式连接而成的结构体系。其主要优点是：跨度大，空间分隔灵活；墙体不承重故自重较轻且侧向刚度较柔而构成延性，有利于抗震；梁和柱利于标准化施工，节约材料，可以灵活地配合建筑平面布置。因具备良好的结构优势，故框架结构被广泛应用于各类公共建筑中，据相关统计，各类形式的框架结构在我国建筑结构中大约占三分之一，而且这一比重将会不断增大。
框架结构对于人们的生产生活具有重要作用，但历次地震作用表明，框架结构的混凝土构件破坏严重，尤其是柱，墙和梁柱节点的破坏尤为严重。主要原因是由于框架结构节点处应力集中显著，且侧向刚度小，在强烈地震的作用下容易产生较大的侧向位移，故而在地震中破坏较为严重。破坏程度较轻的结构如果不采取相应的措施势必会影响其正常使用，而拆除则会造成资源的极大浪费。因此合理地把握建筑物的损伤，科学的运用加固技术，可使得已损建筑物的功效达到最大化[1-3]。
1 框架结构的破坏
据相关统计，在地震作用下框架结构梁柱的破坏大多表现为“强梁弱柱”，轻则柱端混凝土开裂、剥落，钢筋，重则柱端混凝土压酥、纵向钢筋屈服，呈灯笼状。而梁与现浇楼板共同工作，出现相对少的损伤，少量现浇楼板的裸梁在梁端出现裂缝。这是一种不良的破坏模式，与现行的设计规范中框架结构的设计破坏模式“强柱弱梁”相背离。
1.1 破坏模式 在地震作用下，混凝土框架结构常见的破坏模式可以分为：柱铰模式、梁铰模式和梁柱铰混合模式三类[4]。
柱铰模式，是指结构在地震作用下，框架柱柱端首先进入塑性状态，出现塑性铰，而梁端状态仍为弹性，不出现塑性铰。这种破坏模式是最不利的，会在极大削弱结构的稳定性和承载能力，产生薄弱部位，发生局部破坏。
梁铰模式，指框架结构的塑性铰位置主要在梁端部和底层柱脚部位，在地震作用下主要通过梁端塑性铰的塑性变形来消耗地震输入能量，并保证其他部位的框架柱始终保持弹性状态。这是最理想也是最有利的一种破坏机制，从理论上讲，可以使结构拥有好的延性和耗能能力。
关键词：异形柱平面布置结构设计
随着生活水平的提高，人们对住房的要求越来越高，普通的矩形框架柱会给室内装饰和家具布置带来极大的不便。如何合理地利用建筑物的有效面积，这对住宅结构设计提出了一项新的要求。异型柱框架结构柱的平面布置很灵活，围护墙都是非承重的轻质隔墙，受建筑的限制较少，可以满足业主对大开间建筑的需求。适中的刚度和较轻的自重，对减小地震作用很有利，是一种经济合理的抗震住宅结构体系。
一、异形柱框架结构设计特点
（1）由于柱截面为异形，在双向压弯作用下，随着荷载角的变化，其受压区的形状也随之变化。在某些荷载角情况下，会使柱截面的受压区高度较大而表现出很大的脆性。因此异形柱的延性比矩形柱差，在设计中应严格控制异形柱的轴压比，并应尽量避免出现短柱；
（二）异形柱在单调荷载特别在低周反复荷载作用下粘结破坏较矩形柱严重。对柱的剪跨比不应小于1.5的要求，是为了避免出现极短柱，减小地震作用下发生脆性粘结破坏的危险性，为了设计方便，当反弯点位于层高范围内时，柱的净高与柱肢截面高度之比不宜小于4，抗震设计时不应小于3。
（三）影响框架柱和剪力墙肢破坏形态的主要因素有：轴压比，剪跨比、配筋率及构造处理。异形柱作为压剪构件，其破坏形态有：弯曲破坏，小偏压破坏，粘接破坏，高压剪破坏以及剪压破坏，剪拉破坏和斜压破坏。和其破坏形态相关的主要因素是：轴压比、柱净高与截面肢长之比（即剪跨比）、纵筋配筋率等。通过必要的构造措施可以防止粘结、剪拉及斜压等脆性破坏，提高柱肢的小偏压及剪压破坏的延性。
（四）异形柱的柱肢截面较薄，框架梁应沿平行于柱肢的方向插入柱肢。若沿垂直方向插入柱肢，则梁纵向钢筋的水平锚固长度难以满足规范要求。
（五）框架梁的截面宽度可与柱肢厚度相同或大于柱肢厚度。若二者相同，梁的纵筋应在柱筋的内侧穿过，并采取一定的构造措施；若梁宽大于柱肢厚度，梁的外侧纵筋可在柱筋的外侧穿过。
二、结构平面布置
异型柱框架结构的平面布置，除应遵守一般框架结构的构造措施、相关规定、设计要求外，还应考虑自身的特点，注意以下几点：
（一）平面布置宜尽量对称，两个主轴方向要协调，使合力中心尽可能和刚度中心重合，减少偏心距，尽量减少因扭转产生的不利影响；
（二）异形框架宜双向设置，框架柱应对齐，框架梁应拉通，避免纵横框架梁相互支撑，使结构形成空间受力并具有足够的承载能力、刚度和稳定性，同时具有良好的整体性和较好的抗震性能。
（三）竖向布置应力求体型规则、均匀，避免过大的外挑和内收，防止楼层刚度沿竖向的突变，尽量避免错层。
总之，异型柱设计的目的主要是合理解决小面积房屋的使用问题，应重点布置在房屋中影响房间使用的墙角部位，其它部位从受力合理和施工方便两个方面考虑宜采用矩形截面柱。这样兼顾了使用和经济两个方面，充分发挥了异型柱使用和受力的特点创造出每平方米建筑面积用钢量较低的好指标。
三、异形柱结构设计时应注意的问题
异形柱的受力情况复杂，结构延性相对较差，单纯依靠目前的程序计算配筋尚难满足结构抗震的延性要求，因此必须加强构造措施，从概念出发，保证结构具有足够的安全度。
（一）轴压比控制
异形柱的延性比通俗矩形柱要差。轴压比、高长比（即柱净高与截面肢长之比）是影响异形柱破损形态及延性的两个主要原因。异形柱因为多肢的存在，其剪力中心与截面形心往往不重合，在受力状况下，各肢发生翘曲正应力和剪应力。因为剪应力，使柱肢混凝土先于通俗矩形柱呈现裂痕，即发生腹剪裂痕，导致异形柱脆性较差，使异形柱的变形能力比通俗矩形柱降低。为了保证异形柱的延性，必需严格节制轴压比，同时避免高长比小于4（短柱）。可以通过控制柱距、采用轻质墙体、优化结构平面布置改善。柱肢端承受梁传来的集中荷载，局部压应力大，可设置暗柱。
（二）配筋构造
在正确的结构选型及计算后，截面内钢筋的构造也是保证异形柱受力性能的重要因素。由于异形柱截面的特点，柱肢端部会出现较大应力，加上梁作用于柱肢上应力的不均匀，一般越靠肢端应力越大，对柱肢形成偏心压力，进一步加大肢端压应力。因此在异形柱配筋时，应在肢端设暗柱，暗柱的外排钢筋由计算而定。离端部厚度范围内设2Ф14的构造纵筋，箍筋同柱，这样可限制柱肢的砼裂缝的开展，提高异形柱局部抗压抗剪强度及变形能力。柱上的箍筋不仅能抗剪，也可约束砼变形，增大其延性。异形柱由于不易形成多肢复合箍，因而其配筋率只能由加大箍筋直径和加密间距来实现。相同配箍率下，箍筋直径大，其延性指标好，因而箍筋可用Ф8、Ф10，其间距可比普通柱箍筋间距小。
（三）梁柱节点设计
梁柱节点是异形柱结构的薄弱部位。由于节点的作用是将本层和上层荷载通过核心区传至下层柱中，其作用力为与节点相连的梁端和柱端弯矩、轴力、剪力、扭矩，受力非常复杂。异形柱框架节点由于异形柱截面的特点，正交方向梁截面的宽度与柱接触面积较小且偏置，对节点核心区砼难以达到约束。由于异形柱容易在节点核心区产生阻压应力，使砼压坏，因此必须对异形柱框架节点核心区进行受剪承截力计算，无论是非地震区或地震区（包括高、低抗震区)均应计算，这是异形柱结构设计必须执行的强制性条文。异形柱截面形式的不同，其节点受剪承载力也差别较大。十形截面柱的翼缘布置在节点截面中间受力最大的部位，翼缘的作用得以充分发挥，节点受剪承载力与同截面面积的矩形柱相差不大，T形截面次之，L形相差最大，受剪承载力下降最大。要想控制节点受剪承截力，首先应限制节点核心区截面，避免截面太小承受过大的斜压力，导致核心区砼首先被破坏。其次是控制节点核心区配箍面积，保证节点受剪承载力，改善节点的抗震性能。
（四）异形柱框架结构在SATWE中的设计与应用
SATWE软件能够有效地分析混凝土异形柱的结构并进行截面配筋设计。在梁的刚度、荷载、及截面配筋计算时，要充分考虑异形柱框架结构的特殊性。由于混凝土异形柱的柱肢较长，梁、柱在节点处的重叠部分较大，合理的力学模型简化应将重叠部分作为刚域，自重计算时不应重复计算重叠部分的混凝土重量，SATWE软件中对梁考虑了这样的力学模型简化：梁的计算按扣除刚域后的梁长计算：梁上的外荷载按梁两端节点间长度计算；截面设计按扣除刚域后的梁长计算。梁端刚域的计算原则如下：即梁两端与柱的重叠部分长分别为Di和Dj，梁长为L（即两端节点的间距），梁高为H，则梁两端的刚域的长度分别为Dbi＝Ma×（0，Di H/4）； Dbj＝Ma×（0，Dj―H/4）；扣除刚域后的梁长为：LO＝L－（Dbi＋Dbj）
四、结语
总之，异型柱框架结构的平面布置比普通矩形柱框架灵活，可以较好满足建筑功能的要求，具有良好的发展前景，结构设计人员在设计中应了解异形柱结构的受力特点及其破坏机理，选用合理的结构形式，正确掌握计算机分析方法和截面配筋，从概念设计到结构计算以及构造措施等多方面确保工程结构安全可靠，经济合理。
参考文献：
1. 刘文彤：《异形柱结构体系的发展与应用》，《江苏建筑》，2008年第1期。
2. 王军芳、王民、詹凤程：《水平荷载作用下异形柱框架结构内力计算》，《四川建筑科学研究》，2007年第6期。
【摘 要】混凝土框架结构是工业及民用建筑中最常用的一种结构形式，本文从抗震结构破坏的角度出发，擅述了框架结构设计中的强柱弱梁，强剪弱弯，强压弱拉，强节点弱杆件，避免短柱效应的概念设计理念，并据笔者多年经验提出了结构处理措施。
【关键词】强柱弱梁；强剪弱弯；强压弱拉；强节点弱杆件；短柱效应
Seismic conceptual design of concrete frame and structural measures
Li Dang-feng
(Zhuoyuan Tiancheng (Beijing) Environmental Engineering Technology Co., Ltd. Xi'an Office Xian Shanxi 518057)
【Abstract】Concrete frame structure is the most commonly used in industrial and civil construction of a structure, this structural damage from the seismic point of view, good out of the frame structure of the strong column weak-beam, strong shear weak bending, pulling extreme pressure Ruo, strong nodes weak bar, to avoid the short column effect of conceptual design ideas, and many years of experience, according to the author proposed a structure measures.
【Key words】Strong column weak-beam;Strong shear weak bending;Forced weak pull;Strong node weak bars;Short column effect
1. 混凝土框架结构中的强柱弱梁是指使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求。
用以提高结构的变形能力，防止在强烈地震作用下倒塌。我们知道对于框架结构建构筑物，柱破坏了其整个建构筑体都会倾覆，而梁破坏则仅是某个区域失效，因此柱较梁而言破坏的损害性更大。在结构设计过程中采用以下措施来保证强柱弱梁：
1.1 严格控制柱轴压比；抗震设计的设防目标为小震不坏，中震可修，大震不倒，我们目前的计算均是基于小震下进行的，若小震下柱子轴压比过高，则大震下将对边柱产生一个不小的附加轴力（有文章指出约增加30%），则柱子根本不可能有这点安全储备，在中震下就有可能破坏，又何谈大震不倒呢？。笔者认为轴压比在任何情况下都不能大于0.9%。
1.2 对柱断面及配筋设置时应分部位处理，建议边柱，角柱应适当加强，特别是角柱，建议应全柱加密箍筋，且配筋率不宜小于1%，所有框架柱，不包括小截面柱，建议纵筋均应大于20，且柱筋品种不宜过多，矩形截面柱尽可能对称配筋。
1.3 梁断面配筋时，建议应配足底部正筋，而支座处负筋应通过调幅让其适当降低（常用0.85），以使地震作用下能形成梁铰机制，保证柱端的实际受弯承载力大于梁端的实际受弯承载力。
2. 混凝土框架结构中的强剪弱弯是指使钢筋混凝土构件中与正截面受弯承载能力对应的剪力低于该构件斜截面受剪承载能力的设计要求。
用以改善构件自身的抗震性能。强剪弱弯通俗点说就是使结构构件在发生受弯破坏前不先发生剪切破坏。弯曲破坏和剪切破坏是钢筋混凝土构件在地震作用下常见的破坏形式。弯曲破坏是延性破坏，是有前期预兆的――如开裂或下挠等，而剪切破坏是一种脆性的破坏，瞬时的发生，没有任何前期的兆示，一旦发生，将是致命性的。结构设计过程中保证强剪弱弯措施主要表现在提高作用剪力设计值，调整抗剪承载力两个方面：
2.1 提高作用剪力设计值（1）对于一、二、三级框架梁，剪力设计值应分别乘以增大系数1.3，1.2，1.1。（2）对于一、二、三级框架柱，剪力设计值应分别乘以增大系数1.6，1.4，1.2。
2.2 对于调整抗整承载力方面，为防止梁，柱端发生斜压破坏，规范对受剪截面规定了受剪承载力上限，即规定了配箍率的上限值（梁柱加密区的箍筋加密）。
2.3 对于剪切力特别大的梁端,最好的办法是进行梁端加腋角。
3. 混凝土框架结构中的强压弱拉是指使钢筋混凝土工程构件在设计中应使受拉区钢筋的屈服先于受压区混凝土的破坏。
我们知道对于钢筋混凝土工程构件而言，合理的承载受力状态为混凝土受压，钢筋受拉且平衡外力，但混凝土与钢筋的力学性能相差并不小，混凝土从受压到压碎，变形量很小，属脆性破坏；钢筋受拉从屈服到拉断，变形过程很长，延性良好；因此保证了强压弱拉即保证了钢筋混凝土构件的延性破坏机制，防止了脆性破坏机制。结构设计过程中采用以下措施来保证强压弱拉：
3.1 对压弯构件（多为框架柱），严格控制轴压比――压弯构件的轴力越小延性越好。
3.2 限制受拉配筋率（鉴于框架底层柱底过早塑性屈服，影响框架塑性机制发展，《抗规》规定：框架底层柱底的组合弯矩设计值应考虑效应调整，一级抗震等级乘以增大系数1.5，二级抗震等级乘以增大系数1.25）。
3.3 在裂缝满足的条件下，尽可能采用强度等级高的混凝土材料。
4. 混凝土框架结构中的强节点弱杆件是指节点的承载力不应低于其连接构件(梁、柱)的承载力，梁柱纵筋在节点区应有可靠的锚固。
在竖向荷载和地震作用下，框架节点主要承受柱传来的轴向力、弯矩、剪力和梁传来的弯矩、剪力。节点区的破坏形式为由主拉应力引起的剪切破坏。如果节点未设箍筋不足，则由于抗剪能力不足，节点区出现多条交叉斜裂缝，斜裂缝间混凝土被压碎，柱内纵向钢筋压屈。国内外大地震的震害表明，钢筋混凝土框架节点在地震中多有不同程度的破坏，破坏的主要形式是节点核芯区剪切破坏和钢筋锚固破坏，严重的会引起整个框架倒塌。节点破坏后的修复也比较困难。框架节点是框架梁柱构件的公共部分，节点的失效意味着与之相连的梁与柱同时失效。另一方面，混凝土构件中钢筋屈服的前提是钢筋必须有可靠的锚固，相应地塑性铰形成的基本前提也是保证梁柱纵筋在节点区有可靠的锚固。因此结构设计过程中采取以下措施来保证强节点弱杆件：
4.1 一般一、二级框架节点核芯区考虑节点剪力时应考虑节点剪力增大系数，一级取1.35，二级取1.2，其截面验算及构造措施应严格按《抗规》附录D 框架梁柱节点核芯区截面抗震验算。
4.2 任何时候框架节点核芯区箍筋的最大间距和最小直径都应按《抗规》6.3.8条作为控制限值，其配置量不应小于其，一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10和0.08且体积配箍率分别不宜小于0.6%、0.5%和0.4%。柱剪跨比不大于2的框架节点核芯区配箍特征值不宜小于核芯区上、下柱端的较大配箍特征值。
4.3 框架梁和框架柱的纵向受力钢筋在框架节点区的锚固和搭接应严格按遵从《混凝土规范》11.6.7条。
关键词：砌体结构底框结构抗震分析
一、 问题的提出
作为当前多层商住建筑的主要结构形式，底框结构得到广泛应用，然而在底框结构设计中抗震验算普遍存在着下列问题：
1、结构抗震设计未作纵横两方面的抗震验算。有的仅作了横向底层框架的抗震验算，而纵向却按一般连续梁计算。
2、构造上底层抗震墙设置不当。有的忽视了在底层纵横方向设置一定数量的抗震墙，造成整个结构下柔上刚；有的仅在横向设置抗震墙，造成整个结构纵柔横刚。而下柔上刚或纵柔横刚的结构在地震作用下容易产生较大的弹塑性变形，一旦发生地震结构会严重破坏。
3、概念上存在一些误解。很多人认为底层框架的侧向刚度好于砖砌体结构，框架纵向的侧向刚度比横向好；搞不清底部剪力法的适用条件，弄不清底框结构的剪力分配。
以下针对存在的问题对底框结构的抗震进行详细的分析，并据此提出底框结构抗震计算方法及防治措施。
二、底框结构抗震分析
1、底框结构的抗震性能
底框结构是由不同结构体系组成混合式结构，受力非常复杂。（1）材料方面：底框结构底层为混凝土框架―抗震墙结构，上部为砖砌体结构，上下材料性质不同，极限变形能力相差较大，属混合式结构。（2）质量方面：底框结构属于上重下轻的鸡腿式结构。（3）刚度方面：底框结构属下柔上刚结构。（4）竖向传力方面：上部砌体结构通过转换层梁板传力给底层的框架结构。造成底层框架―抗震墙的破坏形式为延性破坏，上部砌体结构为脆性破坏，不利于抗震。
2、底框结构地震剪力分配
由于底框结构中仅有底层是框架抗震墙，且底层易发生塑性变形，所以底框结构的剪力分配不同于框架―抗震墙结构。底框结构在大震时底部易发生变形集中，出现过大侧移而破坏，实际上底框结构的地震剪力由抗震墙和框架柱共同承担。《建筑设计抗震规范GB50011-2010》从控制底层设置一定数量的纵横抗震墙和底部框架柱两道防线的设计原则考虑，其底部纵向和横向剪力值全部由该方向的抗震墙承担（抗规7.24-3）；在地震作用下，底部抗震墙层间位移角在1/1000左右时会开裂，位移角到1/500时刚度约下降到线刚度的30%，砖填充墙刚度约下降到线刚度的20%，而钢筋混凝土柱在位移角为1/500时仍处于弹性阶段，因此底部发生塑性内力重分布，底部框架柱作为第二道防线起其抗震性对结构整体抗震能力起极为重要的作用，所以抗规规定框架柱承担地震剪力（抗规7.25）。
3、底框结构在地震时的破坏机理
上部砌体结构开间小、横墙多、重量大、侧移刚度大，底层框架侧移刚度相对小的多。刚度的急剧变化造成结构转换处应力高度集中，在柱端产生塑性铰，使得建筑的变形集中发生在相对较为薄弱的底层。在概念上这种比较薄弱的底层称为“软层”，在地震作用下 “软层”极易率先破坏，进而造成整个结构严重破坏。
三、底框结构抗震计算方法
底框结构的抗震验算作为该结构类型设计时的主要技术控制点，在计算时应综合考虑纵横两方面。从以下三部分进行抗震验算：
1、计算砌体结构的抗震承载力和底层混凝土剪力墙设计值，计算过程同砌体结构。在底层混凝土剪力墙计算中，不考虑框架柱承担地震剪力，即所有地震作用全部有剪力墙承担。
2、计算底部框架承受的侧向地震作用及各框架柱由地震倾覆力矩产生的附加轴力。底框结构的地震剪力要根据上下层侧移刚度比乘以一个1.2~1.5的增大系数，然后分配给框架柱和剪力墙，分配时剪力墙侧移刚度折减至0.3倍。上部砌体结构的地震倾覆力矩按刚度比分配到各榀框架和剪力墙，再按各柱的转动惯性力矩计算柱的附加轴力。
3、底框结构的混凝土剪力墙根据其承受的剪力、轴力和由倾覆力矩产生的弯距设计值，计算出各片剪力墙的端部纵向钢筋面积和水平分布钢筋面积。
四、抗震防治措施
根据底框结构抗震分析和“抗震三水准原则”，本文提出以下构造设防措施：
1、进行合理的平面布置力求抗侧力结构的平面布置规则、对称。
2、底框结构底层应采用框剪结构，即在不影响使用功能的前提下使纵横外墙、室内分隔墙尽量对称，并在纵横两个方向均匀设置一定数量的抗震墙。重点控制上层与底层的纵横刚度比。
3、采用底部剪力法对底层地震剪力应乘以1.2~1.5的增大系数，从而提高“软层”的屈服强度减少“软层”塑性变形集中。
4、底层框架柱应考虑地震倾覆力矩引起的附加轴力。
5、上部砌体结构应设置构造柱，并应每层设置圈梁。底层顶板宜采用现浇。转换层中的柱应避免出现塑性铰。
6、严格遵守《建筑抗震设计规范》，做好抗震设防。
框架结构和混合结构的区别如下：
1、框架结构，又叫钢筋混凝土结构，由梁柱构成，构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都较低，它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，楼层越高，水平位移越慢，高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力，框架结构的特点是能为建筑提供灵活的使用空间，但抗震性能差。
2、混合结构，又叫砖混结构，混合结构是指承重的主要构件是用钢筋混凝土和砖木建造的。虽然也用钢筋浇柱、梁，但墙体具是承重功能，不能乱拆，所以布局不能变。混合结构质量较框架略差，但寿命长。
（来源：文章屋网 ）
[关键词]七度地震区 框架结构 抗震设计
[中图分类号] TU973+.31 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-4-328-1
我国是一个地震多发的国家，而地震灾害所带来的损失给人们的生命财产安全带来了非常大的影响。地震区的框架结构设计作为当前减轻地震灾害最为有效的措施，在我国地震区的建设中具有非常广泛的应用。而当前我国框架结构设计人员对抗震设防的理念不是很清晰，设计的规范也不够严格，导致了地震区抗震建筑安全隐患的存在。因此，笔者认为，在当前背景下，对“七度地震区框架结构抗震设计探析”这一课题进行相关的探讨具有非常重要的意义。
1项目概况
本研究工程属于某小区的居民楼，该小区所处的位置是七度抗震区，抗震设防的类别属于乙类，其建筑的总层数为7层，建筑物的长度为53.01m，宽度为16.15m，其建筑的总面积为3856.53m2，占地的总面积为723.12m2，该结构的类型主要是现浇钢筋混凝土的框架结构，结构设计的使用年限为50年，该设计的基本地震的加速度是0.05g，建筑结构的安全等级是二级[1]。
2七度地震区框架结构体系特点及震害特点
2.1框架结构体系的特点
框架结构体系的主要组成构件有柱、梁，能够承受水平载荷和竖向载荷的一种承重结构的体系[2]。在进行该结构的设计时，通过合理的抗震设计措施的采取可以有效发挥结构的良好的延性性能，因此，可以有效耗散地震对结构的输入能量。框架结构体系的主要特点就是自身的重量比较轻、平面的布置比较灵活。
2.2框架结构震害特点
框架结构不合理所造成的震害特点主要表现为：柱端形成弯剪破坏，上下柱端会形成水平裂缝或者斜裂缝，有时候也会有交叉裂缝的形成，混凝土的局部会出现压碎，梁端会形成塑性铰；框架柱的震害比框架梁重，短柱的灾害比一般柱重，柱上端的灾害比下端的重，角柱的灾害比内柱重；框架梁的震害主要在梁端上发生，梁端纵向钢筋的屈服会导致交叉裂缝和垂直裂缝的出现；节点处构造措施的不合理以及节点搭接的不合理容易引发框架结构的破坏；柱身的剪切破坏会导致柱身出现交叉斜裂缝的现象，进而导致箍筋弯曲崩断[3]。
3地震区框架结构设计理念
（1）严格要求主体结构的质量。在进行框架结构的设计时，应该要对抗震构造的措施进行严格的考虑，以选择最为合理的承重方案，同时要求上下墙以及纵横墙的对齐，要按照合理的要求布置楼梯、构造柱、圈梁、窗间墙、墙角等，并对构造柱的浇灌、墙体的砌筑进行严格的要求。另外，如果框架结构的墙体出现削弱，应该要进行及时的验算，并给与相应的加强措施[4]。
（2）保证建筑平面以及立面布置的对称、保证结构刚度、规则以及质量的均匀。框架结构平面、立面布置的对称能有效提高建筑物的抗震性能，不规则的建筑立面容易导致建筑物应力变形的集中和局部振动过大，而不规则的建筑平面容易导致空间振动、局部振动以及扭转振动的出现，因此，在进行框架结构的设计时，要规则布置抗侧力构件的平面布置，保证竖向抗侧力呈现出材料强度与截面尺寸自下而上逐渐减少的均匀变化趋势。
4地震区框架结构设计要点
4.1重视“强剪弱弯、强柱弱梁、强节点弱锚固”的原则
“强剪弱弯、强柱弱梁、强节点弱锚固”的设计原则可以有效保证建筑物的延性。具体的设计要点是：要求构件受剪的承载力比其弯曲时的实际剪力更大；要对框架节点核心区截面的抗震能力进行验算，以保证纵向钢筋有足够的锚固长度；要保证柱端实际的受弯的承载力大于梁端实际受弯的承载力。
4.2严格要求轴压比、保证安全储备
对框架结构的轴压比进行严格限制的目的是对框架结构的延性进行控制，一般来说，轴压比越大，柱的延性也会越差，就越容易发生混凝土柱的脆性受压破坏。而七度地震区所处的结构是属于三级结构，根据我国相关的《建筑抗震设计规范》，三级结构的轴压比应该要在0.85以内，因此，对轴压比进行严格的限制可以有效增加建筑物的安全储备，同时，结合经济因素的考虑，一般将建筑物的轴压比设置在0.80-0.85之间，本工程的轴压比就是属于这个范围之内[5]。
4.3合理设计框架结构的构造措施
为了提高建筑物的抗震性能，可以采取以下构造措施：
（1）保证柱的截面的高度和宽度在300mm以内，保证圆柱的直径在350mm以内，保证剪跨比在2以内，保证截面的长边和短边的比值在3以内；
（2）保证梁截面的尺寸在200mm以内，保证梁截面的高宽比在4以内，保证净跨和截面的高的比值在4以内；
（3）柱纵向钢筋的配置应该要满足最小的总配筋的要求，应该要对柱箍筋进行加密，以提高柱的变形能力和抗压能力。
（4）框架节点核心区的箍筋的最小直径和最大的间距应该要根据柱箍筋加密的相关要求进行采用。
5结语
综上所述，地震区框架结构抗震设计对地震灾害的损失的预防具有非常关键的意义。而七度地震区框架结构的设计理念是严格要求主体结构的质量，保证建筑平面以及立面布置的对称、保证结构刚度、规则以及质量的均匀，其设计的要点是重视“强剪弱弯、强柱弱梁、强节点弱锚固”的原则，严格要求轴压比、保证安全储备，合理设计框架结构的构造措施。笔者认为，只要相关的工作人员切实做好以上设计要点，就一定能完善我国七度地震区框架结构的抗震设计，进而有效减少地震对我国的损害。
参考文献
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[3]黄东升，周爱萍，张齐生，苏毅，范.装配式木框架结构消能节点拟静力试验研究[J].建筑结构学报，2011（07）.
关键词：异形柱框架结构；矩形柱框架结构；SATWE；节点域
1、前言
随着人们对房屋平面与空间布置的要求越来越高，从而对建筑设计布局有了新的要求。普通框架结构的露梁露柱对建筑平面与空间的分隔己越来越不能被房屋使用者所接受，因为它直接影响到室内家具的布置及空间的使用。建筑师要求结构工程师配合解决这个问题，因而在框架结构中以异形截面柱代替矩形柱。
在此，笔者拟与广大设计人员共同探讨一下混凝土异形柱框架结构的设计与应用。
2、异形柱结构的设计
2.1异形柱及异形柱结构的定义
2.1.1《混凝土异形柱结构技术规程》（JGJ149-2006）对异形柱的定义是：截面几何形状为L形、T形和十字形，且截面各肢的肢高肢厚比（柱肢截面高度与厚度的比值）不大于4的柱。L形截面柱多用于墙的转角部位，T形和十字形截面柱多用于纵横墙交接处。
2.1.2所谓异形柱框架结构即是由异形（T型、L型、十字型）柱组成框架，由轻质填充墙所形成的结构。根据建筑布置及结构受力的需要，异形柱结构中的框架柱，可全部采用异形柱，也可部分采用一般框架柱。建设部在1996年的文件中，对其特点做了如下阐述：
1）由T形边柱、十字形中柱、L形角柱组成的框架：
2）填充墙与柱壁同厚，室内不出现柱楞：
3）因墙体减薄与砖混结构相比，可增加使用面积8％～10％；
4）填充墙的墙体材料可根据当地保温隔热要求，因地制宜，就地取材。
2.2异形柱框架结构与矩形柱框架结构在设计中的差异
1)对于相同烈度和结构类型的两种体系而言，异形柱结构适用的房屋最大高度有较大幅度的降低。
2)对于相同结构类型的两种体系而言，异形柱结构弹性层间位移角限值、弹塑性层间位移角限值更加严格一些，异形柱的轴压比限值也有不同幅度的降低；抗震设计时，扭转不规则的异形柱结构，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的比值不应大于1.45；而矩形柱框架结构的该比值为1.50；
2.3异形柱框架结构在SATWE中的设计与应用
能够有效地分析带有混凝土异形柱的结构并进行截面配筋设计，这是SATWE软件的特点之一。在梁的刚度、荷载、及截面配筋计算时，充分考虑了异形柱框架结构的特殊性。由于混凝土异形柱的柱肢较长，梁、柱在节点处的重叠部分较大，合理的力学模型简化应将重叠部分作为刚域，自重计算时不应重复计算重叠部分的混凝土重量，SATWE软件中对梁考虑了这样的力学模型简化：
（1）梁的计算按扣除刚域后的梁长计算：
（2）梁上的外荷载按梁两端节点间长度计算；
（3）截面设计按扣除刚域后的梁长计算；
（4）梁端刚域的计算原则如下：
记梁两端与柱的重叠部分长分别为Di和Dj，梁长为L（即两端节点问的距离），梁高为H，则梁两端的刚域的长度分别为Dbi＝Ma×（0，Di H/4）
Dbj＝Ma×（0，Dj―H/4）
扣除刚域后的梁长为：LO＝L－（Dbi＋Dbj）
2.4异形柱结构构造的设计心得
1） 《异规》第6.1.3条规定，异形柱结构框架梁截面高度抗震设计时不应小于400mm.当节点的非弹性变形较大时，贯穿节点的柱纵向钢筋粘结退化与滑移加剧，甚至出现沿节点区柱纵向钢筋全长粘结破坏现象发生。为保证其粘结应力不致过大，避免上述现象出现，规定梁的高度、即节点高度不能太小。异形柱结构框架节点钢筋粘结条件可能不如普通框架节点钢筋粘结条件，故务必遵守此条规定。
2）《异规》第6.1.3条规定，异形柱截面的肢厚不应小于200mm，肢高不应小于500mm.这是因为肢厚较小时，会造成梁柱节点核心区的钢筋设置困难及钢筋与混凝土的粘结锚固强度不足，故限制肢厚不应小于200mm，以保证结构的安全及施工的方便。而限制肢高一方面为了满足伸入柱内的梁纵向钢筋锚固长度，另一方面是考虑柱双向正截面承载力要求和双向受剪性能的要求。
3）《异规》第6.3.5.1条规定，抗震设计时，对二、三级抗震等级，贯穿中柱的梁纵向钢筋直径不宜大于该方向柱肢截面高度hc的1/30，当混凝土的强度等级为C40及以上时可取1/25，且纵向钢筋直径不应大干25mm.矩形柱框架的框架梁纵向钢筋伸入节点后，其相对保护层一般能满足，而异形柱的c/d大部分仅为2.0左右，根据变形钢筋粘结锚固强度公式分析对比可知，后者的粘结能力约为前者的0.7.为此，规定抗震设计时，梁纵向钢筋直径不宜大于该方向柱截面高度的1/30.由于粘结锚固强度随混凝土强度的提高而提高，当采用混凝土强度等级在C40以上时，可放宽到1/25。
4）《异规》第6.3.5.4条及表6.3.5给出了异形柱结构框架梁梁端纵向受拉钢筋最大配筋百分率。这比《抗规》第6.3.3条规定的梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5％要严格。这是因为，在地震作用组合内力作用下，梁支座处纵向钢筋有可能在节点一侧受拉，另一侧受压，对于异形柱框架梁柱节点更易引起纵向钢筋在节点核心区的锚固破坏。为保证梁支座截面有足够的延性，设计时不考虑纵向钢筋的受压作用。为此，对二、三级抗震等级的框架梁可根据单筋梁满足的条件来确定梁纵向受拉钢筋最大配筋率。以C30混凝土，HRB335钢应的混凝土强度等级和钢筋级别得出的。
5）异形柱全部纵向受力钢筋的配筋率，抗震设计时不应大于3％。这是因为异形柱肢厚有限，柱中纵向受力钢筋的粘结强度较差，故将纵向受力钢筋的总配筋率由对矩形柱不大于5％降为不应大于3％，以减少粘结破坏和节点处钢筋设置的困难。
3、工程算例
3.1工程概况某多层异形柱框架结构，共6层。地震烈度为7度（设计基本地震加速度为0.15g），框架抗震等级为三级。
3.2设计心得
3.2.1在设计该结构时，最初将混凝土强度等级定为C30，但是计算得到的异形柱轴压比超过规范规定限制，同时梁端纵向受拉钢筋最大配筋百分率超过《异规》表6.3.5的要求。虽然对楼板而言，采用C30混凝土是可以的，但考虑到梁板柱的施工问题，同时为满足异形柱轴压比以及梁端纵向受拉钢筋最大配筋百分率的要求，最终将梁板柱的混凝土强度等级全部改为C35。不过考虑到混凝土强度等级较高时楼板易开裂的问题，在楼板设计中采取必要的抗裂措施。
3.2.2此工程中用到了Z形、W形柱，这里介绍一下这两种柱的处理方法。
（1）Z形柱，是由两个L形柱组成的。在PMCAD输入时按两个L形柱来输入并进行内力及配筋计算。因为Z形柱受力较大时易在中间肢劈开，劈开后（极限状态）其受力接近于两个L形柱，按两个L形柱处理较为合理。此时两个L形柱间的梁会困刚度太大而超筋，因为实际上无此梁，只是有限元计算时两柱问有联系必须有此梁，故不必管。
（2）W形柱，计算及配筋时是按T形柱考虑的。只是由于建筑布置的要求，此处垂直搭接至T形翼缘上的梁的梁端钢筋锚固长度，由于翼缘厚度只有200mm，不能满足要求。故在此处增加一部分混凝土，该部分按构造配筋，就是为了解决梁端钢筋锚固长度的问题。
关键词：钢筋混凝土框架结构；强震破坏模式；强柱弱梁；仿真模拟
中图分类号： TU528 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2017）05-46-2
0 引言
长期以来，“强柱弱梁”都是建筑物抗震设计所追求的目标，能够直接影响强震作用下的建筑物破坏形式，避免建筑物的完全垮塌。然而，通过对汶川地震的建筑物破坏形式分析，实际的建筑物鲜有能够满足上述要求的，这是多方面因素导致的。在强震作用下，钢筋混凝土框架的柱体首先遭受破坏，失去支撑力，导致建筑物整体垮塌，造成建筑物内部空间的急剧变化，是地震造成的财产损失和人员伤亡的主要原因。所以，有必要对强震作用下的钢筋混凝土结构的破坏模式进行分析，选择合理的破坏模式，将地震造成的破坏降到最低。
1 钢筋混凝土框架结构强震破坏模式分析
钢筋混凝土框架结构的抗震性能主要由框架梁和框架柱的力学性能反映，在强震作用下，柱体先发生破坏或框架梁先发生破坏将造成建筑物的不同破坏形式，产生的危害性有极大的差异。
1.1 钢筋混凝土框架结构的总体屈服模式
总体屈服机制是在“强柱弱梁”结构的建筑物遭受强震作用后的破坏形式，建筑物的框架梁首先发生塑形形变，吸收相比例的地震能量，导致框架柱体受到的地震影响相对较小，能够保证柱体的结构完整或低端发生少量形变，仍然能够发挥可靠的支撑力，维持建筑物的空间结构，从而避免建筑物的整体垮塌。这是钢筋混凝土框架结构抗震设计的主要目标，是较为合理的强震破坏形式，能够有效降低地震造成的影响。
1.2 钢筋混凝土框架结构的楼层屈服模式
所谓楼层屈服机制是指柱端的抗弯承载力小于框架梁端的抗弯承载力，一旦地震发生，框架的柱端首先发生形变，导致柱体遭受破坏，失去对建筑物整体的承载力，造成楼层垮塌。该种破坏形式使得建筑物的空间结构发生彻底改变，人员和财物等被掩埋于废墟当中，造成严重的人员伤亡和财产损失，而且不利于震后搜救，是建筑物应该竭力避免的。然而，现在的许多建筑物都呈现“强梁弱柱”的结构特点，一旦遭遇强震，框架柱体将首先失去承载能力，导致楼层垮塌，危害极为严重。
2 借助LS-DYNA软件仿真模拟钢筋混凝土框架结构在强震作用下的破坏形式
2.1 LS-DYNA软件概述
LS-DYNA软件是基于中心差分法的显式积分算法，借助先进的信息技术实现钢筋混凝土框架结构在强震作用的破坏形式模式，分析地震作用下的建筑物的变形、破坏到坍塌的全过程，研究导致建筑物破坏的主要影响因素。
2.2 仿真模型的建立及相关参数选择
本次仿真模拟选择的建筑物为5层的钢筋混凝土框架结构建筑，建筑物单层呈现长方体结构，x方向的柱体间距离设定为7.2m，y方向的柱体间距离设定为6m，层高3.6m；框架柱尺寸为500×500（mm）；主梁300×700（mm），次梁250×600（mm）；楼板为现浇楼板，层厚100mm，外墙选择为填充墙。
在地震波的选择方面，为节省运算时间，选择加速度峰值较大的汶川地震部分波形作为地震波的主要形式，输入到仿真软件中，地震持续时间设定为10s。
2.3 仿真模拟结果
根据仿真模拟，构件在0.6s前基本处于弹性工作状态；1s时，由于地震动突然增大，底层框架柱底端开裂，形成局部破坏；1.3s时，底层柱顶端产生裂缝，并逐渐贯通，底层柱子退出工作；1.5s时，二层梁端产生裂缝，一层顶塑性铰形成；1.6s时，二层梁板失去支撑，开始塌落；1.9s时，二层柱顶产生贯通裂缝；2.3s时，二层楼板接触地面，碰撞碎裂；随后，上面各层梁柱也陆续出现端部开裂破坏；最后，结构整体倒塌。
3 钢筋混凝土框架结构强震破坏形式的主要影响因素分析
3.1 框架梁刚度放大系数
当前的钢筋混凝土框架结构的建筑物大多采用现浇楼板，其对框架梁的力学效果有显著的增强作用，导致建筑的框架梁的实际强度要大于梁体本身的力学强度，而且该种增强效果呈现不均一性，随着梁置的变化而改变。针对此问题，相关的设计规范采取经验参数的方式进行换算，即将中梁和边梁的刚度按照原框架梁刚度的2.0和1.5进行处理。该种处理方式仅考虑垂向上的楼板增强作用，对于框架梁的抗弯承载力的影响并未考虑，导致钢筋混凝土框架结构框架梁的实际刚度大于设计值，影响“强柱弱梁”结构的形成。
3.2 柱梁抗弯承载力比
在钢筋混凝土框架结构的设计中，柱梁抗弯承载力比值一般选择为1.1-17.之间，从理论上看，该比值能够满足“强柱弱梁”的结构要求，但是，通过对建筑物在地震中的实际破坏形式分析来看，该比值并不能确保钢筋混凝土框架结构能够形成总体屈服机制，其受到震级的影响较大。具体来说，当震级在6级以下时，框架结构的自身稳定性较强，受到的地震破坏较为轻微，能够维持建筑物的结构稳定；当震级在9度及以上时，建筑物受到的力学作用较为强烈，设计中承载力的比例选择较大，因而能够发挥“强柱弱梁”的结构特性，产生总体屈服。但是，当震级在6-9级之间时，比值选取较低，导致柱体的力学破坏较为严重，难以形成总体屈服。
3.3 框架结构柱体的轴压比
一般情况下，建筑物的柱体应该具备足够的力学强度，能够较好的抵御地震作用。然而，实际的设计过程中，出于美观和降低成本的考虑，多数钢筋混凝土框架结构的柱体截面偏小，导致柱体的轴压比处于较高水平，一旦发生地震，柱体将无法抵御更大的轴力，极易造成柱体破坏，造成建筑物的垮塌。
3.4 填充墙等围护结构对框架柱体的影响
围护结构主要是指建筑物的外墙、门窗等，是构成建筑物封闭空间的重要构件。在建筑物设计中，对此类围护结构仅仅考虑其对框架结构的重力影响，未考虑填充墙等围护结构对柱体造成的剪切影响，影响柱体力学作用的发挥，成为地震中柱体破坏的重要原因之一。
4 控制钢筋混凝土框架结构强震破坏模式的具体措施
4.1 构建梁柱铰混合破坏机制
通过对地震作用下的建筑物破坏实例分析，参考钢筋混凝土框架结构的地震破坏仿真模拟数据，在进行建筑物的结构设计时，单纯考虑“强柱弱梁”是不可取的，应该从框架结构的整体较大考虑，分析梁柱铰混合破坏的产生机制，使得建筑物在强震来临时能够形成该种破坏方式，保证建筑物的“大震不倒”，将强震造成的损失降到最低。
4.2 多指标综合评价钢筋混凝土框架结构的抗震设计
进行建筑物的抗震设计时，不能单单考虑单个或有限几个指标，而是应该将影响建筑物抗震性能的指标全部纳入考虑范围中，除了将指标作为单一变量考虑对建筑物结构稳定性的影响以外，还应该考虑指标间的关联性，确保抗震设计能够满足建筑物“强柱弱梁”的设计原则，有效抵御强震的冲击，达到“大震不倒”的目的，最大限制地维持建筑结构的稳定性。
4.3 积极应用BIM等仿真软件提升抗震设计的可行性
进入21世纪，信息技术成为社会发展的主要驱动力量。在建筑设计领域，借助信息技术形成的BIM能够实现对设计的仿真模拟，分析设计的可行性及施工、使用等后续环节中存在的问题，为设计优化提供参考，提升了设计的可行性。将其应用于抗震设计的优化中，能够消除各类不确定因素对建筑结构的影响，形成最佳的“强柱弱梁”结构。
5 结束语
总体而言，强震作用下，建筑物产生破坏是必然的，进行建筑物抗震设计的目的在于选择合理的建筑物结构破坏形式，将地震造成的影响降到最低，尽可能地维持建筑物的结构稳定性，保护建筑物内部的人员和设施安全。其设计应该从参数选择和仿真模拟等方法出发，探索合适的设计方案，满足建筑物的抗震设计需要。
参 考 文 献
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关键词：异形柱框架结构；设计要点；结构建模；结构计算；结果分析；结构配筋
近年来，随着人们对住宅空间的灵活性和方便性要求的提高，避免框架柱在室内凸出，少占建筑空间，异形柱结构大量用于别墅和普通住宅。异形柱结构是以T形、L形、十字形的异性截面柱代替一般框架柱作为竖向支撑构件而构成的结构，且柱截面各肢的肢高肢厚比不大于4。由于异形柱与矩形柱二者在截面特性、内力和变形特性、抗震性能等方面的显著差异，导致在异形柱结构设计中存在一些不容忽视的问题。本文将对异形柱框架结构设计要点进行探讨。
1 结构建模
1.1 房屋适用高度：对混凝土异形柱结构，从结构安全和经济合理等方面综合考虑，其适用的房屋最大高度降低较多，主要用于多层结构中。异形柱框架结构适用的房屋最大高度约为普通框架结构的0.3～0.4。结构顶层采用坡屋顶时，当檐口标高附近不设楼板时，总高度可算至檐口标高处；当檐口标高附近有楼板，即带阁楼的坡屋顶时，可算至坡高的1/2处。
1.2 高宽比：高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。异形柱框架结构最大高宽比比JGJ 3-2010限制有所加严。
1.3 异形柱结构不应采用部分由砌体墙承重的混合结构形式，抗震设计时，不应采用多塔、连体和错层的复杂结构形式及单跨框架结构。异形柱结构的楼梯间、电梯井应根据建筑布置及结构抗侧向作用的需要，合理的布置一般框架柱或剪力墙。由于异形柱肢厚较小，为保证异形柱结构的整体安全，梁柱墙应采用现浇结构。
1.4 一般情况下，7度（0.15g）及8度（0.20g）时应对于主轴成45°方向进行补充验算，对于有较多不等肢异形柱情形，适当补充其他角度方向的水平地震作用计算。同时，着重注意结构底部、角部、负荷较大及结构平面变化部位的异形柱在水平地震作用不同方向情形的内力变化，从中选出最不利数据作为设计依据。
1.5 对于层间受剪承载力突变的薄弱层，JGJ 149-2006规定地震剪力乘以1.20的增大系数，较现行GB 50011-2010的1.15有所加严。
2 结构计算
2.1 异形柱双向偏心受压正截面承载力计算，应考虑侧移和构件挠曲引起的附加内力，按采用对初始偏心距乘以增大系数的方法考虑。现行GB 50010-2010除排架结构外，对偏心受压构件二阶效应计算已不再采用η-l0法，在进行截面设计时，其内力已经考虑了二阶效应。
2.2 由于异形柱中存在轴压力，即使在采取必要的抗震构造措施后，其延性仍比框架梁偏小；加之框架柱是结构中的重要竖向承重构件，对防止结构在罕遇地震下的整体或局部倒塌起关键作用，故在抗震设计中采用“强柱弱梁”措施，人为增大柱截面的抗弯能力，以较小柱端形成塑性铰的可能。
在总结2008年汶川地震震害经验的基础上，GB 50010-2010对柱抗弯能力增强措施作相应加强，即节点上、下柱端的截面内力设计值增强系数二、三、四级抗震等级分别取1.5、1.3、1.2。而JGJ 149-2006对该系数分别为1.3、1.1、1.0，故在异形柱结构设计中建议参照GB 50010-2010对异形柱抗弯能力进行增强。
2.3 对于框架柱需通过设计措施防止其在达到罕遇地震对应的变形状态之前过早出现非延性的剪切破坏，即“强剪弱弯”措施。GB 50010-2010对柱抗剪能力增强措施作相应加强，即斜截面剪力设计值增强系数二、三、四级抗震等级分别取1.3、1.2、1.1。而JGJ 149-2006对该系数分别为1.2、1.1、1.0，故在异形柱结构设计中建议参照GB 50010-2010对异形柱抗剪能力进行增强。
2.4 节点核心区受剪承载力计算：试验研究表明，异形柱框架梁柱节点核心区的受剪承载力低于截面面积相同的矩形柱框架梁柱节点的受剪承载力，是异形柱框架的薄弱环节。对节点核心区进行受剪承载力计算的同时可采取梁端增设支托或水平加腋等构造措施，提高或改善梁柱节点核心区的受剪性能。
3 结果分析
3.1 位移比：为了限制结构平面布置的不规则性，避免过大的扭转效应，JGJ 149-2006控制扭转位移比不应大于1.45，比现行GB 50011-2010的1.5更为严格。
3.2 轴压比：抗震设计中，限值异形柱的轴压比主要是为了保证柱的延性要求。轴压比大可能形成小偏压构件，受压区高度较少，延性减少。对于L形、T形及十字形截面双向压弯柱，截面曲率延性比与弯矩作用方向角有关，故不同的截面其轴压比限值约比矩形柱低0.1～0.25。若不等肢异形柱肢长变化幅度是500～800mm，则其轴压比限值仍可按等肢情况采用。
4 结构配筋
4.1 当框架梁的截面宽度与异形柱柱肢截面厚度相等或梁截面宽度每侧凸出柱边小于50mm时，在梁四角上的纵向受力钢筋应在离柱边不小于800mm且满足坡度不大于1/25的条件下，向柱纵向钢筋内侧弯折锚入节点核心区，并设置附加箍筋和表面防裂钢筋。当梁截面宽度的任一侧凸出柱边大于50mm时，该侧梁角部的纵向受力钢筋可在柱肢纵向受力钢筋外侧锚入节点核心区，但凸出柱边尺寸不应大于75mm，同时向内锚入钢筋不应小于70%。
4.2 由于异形柱的肢厚较薄，为提高异形柱的延性，二、三、四级抗震等级的箍筋最大间距比一般框架结构更加严格。
5 结语
相对一般框架结构，异形柱框架结构抗震性能较差，但由于其符合室内布置要求，受到房地产开发商和广大住户的欢迎。通过对异形柱框架结构受力特点的理解，正确把握异形柱框架结构的设计要点，严格按照JGJ 149-2006及相关规范、规程进行设计，是能够满足其安全适用、经济合理要求的。
参考文献
[1] 混凝土异形柱结构技术规程 JGJ 149-2006. 北京：中国建筑工业出版社，2006.
[2] 混凝土结构设计规范 GB 50010-2010.北京：中国建筑工业出版社，2010.
关键词：欧洲规范；钢筋混凝土；框架结构；抗震性能
Abstract: according to wenchuan earthquake damage scene investigation records and European seismic code of seismic provisions related, discusses the cause of reinforced concrete frame structure, the causes of the earthquake damage to frame structure of the earthquake damage are analyzed, especially introduced the earthquake in the frame structure of the fill walls of performance, analyzed its failure mechanism, and in this foundation for the building of the seismic design are proposed.
Keywords: European standard; Reinforced concrete; Frame structure; Seismic performance
中图分类号：TU352.1-2文献标识码：A文章编号：
1引言
2008年5月12日14时28分，在四川省汶川县映秀镇附近发生8.0级的地震。此次地震倒塌较多的是砖混结构、底层框架上部砖混结构和钢筋混凝土框架结构的建筑，震害统计资料如表1所示[1]。
从各地震害看，经过抗震设计的房屋基本上经受住地震考验。在倒塌和严重破坏的结构中，钢筋混凝土框架结构一直被认为是抗震性能较好的一种，因此其破坏倒塌的原因受到格外关注。本文通过框架结构震害介绍，探讨其倒塌和破坏的原因及解决办法, 详细介绍了地震中填充墙框架结构的各种表现，分析其破坏机理，在此基础上为该类建筑物的抗震设计提出建议。
表1.建筑震害情况统计(按结构形式分类)
可以使用 加固后可以使用 停止使用 立刻拆除
砌体结构 42(21%） 74(37%） 33(16%） 52(26%）
砌体-框架结构 20(488%） 9(21%） 4(10%） 9(21%）
框架结构 66(54%） 40(32%） 8(7%） 9(7%）
框架-剪力墙结构 5(71%） 2(29%） 0(0%） 0(0%）
钢结构 4(57%） 3(43%） 0(0%） 0(0%）
2框架结构震害浅析
2.1框架结构薄弱层的破坏
（1）强梁弱柱造成。在倒塌的框架中有很多是框架柱的截面小，而梁的截面较大。另外，梁实配钢筋较多，钢筋直径也大；相比而言，柱实配钢筋要少得多，这就是在构件截面上造成的“强梁弱柱”。配筋设计中，跨度越大，梁配筋越多，而框架柱的配筋主要受地震控制，中低设防烈度的框架柱配筋多数是构造配筋或配筋较少。与欧洲规范EN1998第十一章中6.3.2条要求抗震柱的轴压比不大于0.65对比[2]，我国抗震规范规定的柱轴压比限值偏高[3] [4]，许多设计往往紧扣轴压比限值，导致框架柱截面偏小。再加上楼板一般与框架梁现浇，两者共同工作能力强，显著提高框架梁的抗弯刚度和抗弯承载力。
产生未实现强柱弱梁屈服机制的原因：a.填充墙等非结构构件影响；b.楼板对框架梁的承载力和刚度增大影响；c.框架梁跨度和荷载过大，使梁截面尺寸增大，梁端抗弯承载力增大；d.梁端超配筋和钢筋实际强度超强；e.柱轴压比限值规定偏高，柱截面尺寸偏小；f.柱最小配筋率和最小配箍率偏小；g.大震下结构受力状态与结构弹性受力状态存在差异；h.梁柱可靠度的差异。
（2）刚度突变造成。产生刚度突变的因素之一是填充墙。在框架结构设计中，填充墙和隔墙只作为荷载参与结构计算，并且以周期折减系数的设定调整结构的总体刚度。实际上不同材质填充墙或多或少具有一定的刚度和强度，布置密集时会产生较大的楼层刚度和强度，而未设置填充墙的楼层层刚度则相对变小，形成柔弱层。震区中很多这样的低层框架，由于底层为商铺或停车场，填充墙很少；而上部为旅馆或住宅，有较密集的填充墙，这样就形成了上刚下柔的结构，使底层成为柔弱层，导致底层发生层屈服机制。
2.2框架结构节点的破坏
柱剪切破坏，梁柱节点区破坏，大多属于配箍不足，箍筋拉结或弯钩等构造措施不足等原因造成，与欧洲规范EN1998对比[2]，我国规范规定的最小配箍率可能也需要提高[3] [4]。值得注意的是，在柱的强剪弱弯方面，即使柱端首先发生弯曲破坏而形成塑性铰，巨大的轴压容易使混凝土压溃而发生剥离脱落（本次地震竖向振动很大），从而严重削弱柱端的抗剪能力，而柱端出现塑性铰并不会减小其所受到的地震剪力，因而容易引起剪切破坏。因此，需考虑压弯破坏对柱端抗剪承载力降低的影响充分保证“强剪弱弯”。
2.3框架结构底层柱顶的破坏
框架底层柱顶破坏与薄弱层破坏有类似原因，最大不同在于柱根。当底层柱基础及地梁有一定埋深、地面有回填土和建筑面层时，柱根部就不易发生弯曲破坏，框架柱只出现底层柱顶端破坏。但由于填充墙有一定的刚度和强度，地震时对柱顶端产生偏心支撑的作用，可能引起框架柱或节点的剪切破坏。按照规范要求，填充墙与框架应采用柔性连接，但由于设计困难，施工难处理，多数工程没有这样做。
2.4框架结构的楼梯破坏
框架结构在楼梯设计时只考虑静荷载和活荷载的作用，目前使用较多的板式楼梯通常只在梯板下配置受弯钢筋。但是，楼梯在地震中会起一定的支撑作用，承受地震产生的拉力和压力，当地震较大、楼梯板配筋不足时，就会出现受拉屈服或拉断，受压时出现压弯破坏。楼梯梁也会因楼梯的支撑作用而承担更多的地震作用，产生相应的破坏。
3填充墙框架结构抗震性能
3.1汶川地震中填充墙框架结构的破坏情况
目前设计采用的结构分析方法对于填充墙所作的贡献通常用刚度增大系数体现,与地震发生时结构所表现出的抗震性能有一定差异。地震作用下,填充墙与框架共同工作,一方面墙体受到框架的约束,另一方面框架受到填充墙所提供的支撑作用。由于填充墙早期的刚度大,吸收了较大的地震作用,而其强度相对较低,所以填充墙的震害重于框架梁柱。填充墙的震害大部分是墙面产生单斜裂缝或者是交叉裂缝;在填充墙和框架梁界面上出现水平裂缝的情况也较为普遍；当填充墙与框架梁柱缺少连接或连接很弱时,填充墙可能发生平面外倒塌。由于框架变形属于剪切型,下部的层间位移大,填充墙的震害规律一般是上轻下重,空心砌体墙重于实心砌体墙[5]。
（1）填充墙沿竖向布置不均形成软弱层。底层作商业用途或停车场、上部作为住宅的框架结构建筑物的底层遭受了不同程度的破坏。在这些框架结构中广泛的采用页岩空心砖和加气混凝土砌块作为填充墙,上部因用于住宅而使用了较多的填充墙来分隔空间,底层为了追求商业空间和停车空间,填充墙或其他抗侧力构件布置很少。底层几乎无填充墙,底层抗侧刚度很低。汶川地震使该栋建筑在纵向方向发生了30 cm左右的水平侧移,侧移主要集中在底层,其他层基本完好,底层形成软弱层。
（2）填充墙和框架结构的相互作用所造成的柱破坏。造成框架柱破坏的原因有很多,如地震作用下表现出来的弱柱强梁,由于建筑功能要求而在结构布置时形成的短柱,由于窗下填充墙形成的短柱等。由于短柱的刚度大于框架结构中的其他非短柱,地震作用下短柱会吸收更多的地震作用,而相比于同层其他非短柱,短柱的耗能能力相对较低,因此在地震作用下先发生破坏。加之短柱的破坏具有明显的脆性性质,短柱破坏有明显的压、弯、剪破坏特征。框架在水平地震作用下发生侧向变形时,填充墙将对一侧框架柱产生斜向的压力,即类似于斜压杆的作用,因而会加大斜裂缝和梁底之间一段柱所承受的地震剪力,从而导致剪切破坏形态。而且填充墙也会将一部分剪力传递给柱。这样就增加了柱破坏的可能性[6] [7]。
（3）填充墙和框架结构的相互作用所造成的梁的破坏。框架梁的破坏主要是由于填充墙对框架梁底部产生向上的压力从而使框架梁发生弯剪破坏。
3.2填充墙对框架结构抗震性能的影响
(1)与框架梁共同受力，显著减小框架梁弯曲变形，增大框架梁的刚度和抗弯承载力。
(2)直接参与整体结构的抗震受力，增加结构层刚度，造成结构层刚度不均匀，使未设置填充墙的楼层形成薄弱层（通常是底层），导致形成层屈服机制，无法实现“强柱弱梁”屈服机制；或造成平面刚度分布不规则，引起扭转效应。
(3)结构总体刚度增大，基本周期减小约40％至60％，地震力增大。
(4)影响框架结构的内力分布，如约束框架柱部分柱段的侧移变形，形成短柱，使得局部抗侧刚度过大，地震剪力增大，进而导致短柱剪切破坏，影响整体结构的破坏模式。
3.3填充墙框架结构破坏过程分析
采用离散单元建立单片墙模型，运用ANSYS有限元软件进行非线性有限元分析，根据文献[8]所选取的单元和材料参数，采用标准尺寸为240 115 53mm的实心粘土砖，材料参数如表2所示，以一顺一丁砌式建立1250 240 882mm的单片墙，离散单元采用单元类型是ANSYS中的SOLID65模拟砖块和砂浆，以MKIN-CONCRETE准则作为砌体的破坏准则。
表2 砖块和砂浆的材料参数
弹性
模量
（Pa） 泊松比 密度
（kg/ ）
单轴抗压强度（Pa） 单轴抗拉强度（Pa）
砖块 11E+9 0.15 1837 10E+6 0.813E+6
砂浆 2.2E+9 0.15 1837 5 E+6 0.333E+6
对单片墙在竖向压力和水平力作用下的力学特性进行分析，模型四周加以约束以模拟框架作用，左侧增设水平加载钢板。加载时第一荷载步设定一次性将竖向荷载以均布荷载的形式加载在弹性梁顶部，再进行水平加载，水平荷载分为多个荷载步，每荷载步增加100kN，并以均布形式施加于水平加载钢板侧面，剪压破坏时，单片墙开裂图如图1所示。
图1 离散单元单片墙剪压破坏开裂图
图2是湖南大学进行混凝土小型空心砌块墙体剪压破坏时的有限元开裂图以及实际试验开裂图[9]，与图1相比，开裂缝走向相似，但图2的空心砌块压碎状况更严重，这是因为进行混凝土小型空心砌块墙体的极限承载力模拟计算时，由于设置了墙内钢筋，承载能力增强，钢筋屈服时空心砌块压碎程度明显比本文砖砌体大。
图2混凝土小型空心砌块墙体剪压破坏开裂图
根据有限元分析过程，得出填充墙的破坏过程如下：
(1)弹性阶段,填充墙和框架均处于弹性状态两者共同作用,填充墙与框架周边相接触的地方产生界面裂缝。
(2)随着侧力的加大,界面裂缝也不断扩展,填充墙和框架对角接触部分出现局部的破裂现象,墙面未出现贯穿的X型裂缝。此时,框架仍处于弹性工作状态,这时填充墙承担了大部分的侧向力。
(3)随着侧力继续加大,填充墙的中间部分出现微裂缝并发展成贯通的斜裂缝,框架柱也出现裂缝并开始扩大。此时,填充墙的抗侧能力达到极限值,整个结构呈弹塑性状态。
(4) 填充墙框架结构达到承载能力极限状态时,框架梁柱形成明显的塑性铰,整个结构表现出明显的塑性特点。
由填充墙和框架共同作用的原理可以看出,地震过程中,填充墙起到抵抗侧向力的作用主要发生在前两个阶段。多数地震(小震)下,填充墙分担了一部分抗侧力;在强震作用下,填充墙也可起到吸收地震能量的作用。但是遇到罕遇地震情况,填充墙即使与框架柱间设有可靠的连接也会出现破坏和倒塌。
3.4改善措施
(1)填充墙的布置应尽量考虑整体结构竖向刚度分布均匀,避免形成软弱层；
(2)尽量避免形成窗间墙短柱；
(3)建筑平面上填充墙的布置应使结构刚度分布均匀对称,尽量使质量中心和刚度中心重合,以免结构发生扭转；
(4)为了避免小震和中震下,填充墙倒塌,填充墙体和框架柱之间宜采取可靠的连接措施；
(5)对于不同材料的填充墙的刚度和强度贡献应有不同的考虑；
(6)当建筑物遭遇相当于本地区设防烈度或低于本地区设防烈度时,应避免填充墙发生破坏,尤其是对于公共建筑。
4框架结构震害的启示
(1)增加柱的抗震能力，真正实现“强柱弱梁”。规范实现“强柱弱梁”采取的办法是框架结构的抗震等级调整设计内力，再进行配筋。但是小震下的弹性设计内力与大震下的结构弹塑性内力的不一致，造成了即使按调整后的弹性内力进行配筋，柱的实际抗弯承载力也不一定比梁的大，也就无法实现“强柱弱梁”的要求。规范要求的按梁柱实配钢筋验算，其承载力只针对9度区的一级框架，因此大部分框架结构设计时实际未按这一条执行。汶川地震中一些7层以上的框架结构柱截面较大，配筋较多，震害较轻。这说明柱截面和配筋是钢筋混凝土框架抗倒塌的关键。
(2)重视填充墙产生的刚度突变。填充墙或隔墙在框架抗震设计时应得到充分重视。当填充墙或隔墙各层布置均匀时，可不考虑；如果各层布置不均匀，尤其是底层少填充墙或隔墙时，应考虑其设置对结构抗震的不利影响，避免设置不合理而导致主体结构的破坏。
(3)采用抗震新技术。采用抗震新技术是框架结构抗倒塌最有效的方法，尤其有助于框架结构抵御超烈度的地震影响。消能减震技术是在框架中安置消能器，通过消能器消耗地震作用结构的震动能量，达到结构抗倒塌的目的。
参考文献(Reference)：
[1]清华大学.北京交通大学土木工程结构专家组.汶川地震建筑震害分析[J].2008年
[2]EN1998：Eurocode 8-Design of structures for earthquake resistance[S]．2005
[3] GB50011―2010建筑抗震设计规范[S]．中国建筑工业出版社，2010
[4]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S]．中国建筑工业出版社，2010
[5]黄靓,施楚贤,吕伟荣.对框架填充墙结构抗震设计的思考[J].建筑结构，2005
[6]苗凤.填充墙对钢筋混凝土框架结构动力性能的影响[D].湖南大学，2006
[7]王旋，薛永亮等.汶川地震中填充墙钢筋混凝土框架结构抗震性能思考[J].2008年
[8]王达诠．应用RVE均质化方法的砌体非线性分析[M]，重庆大学硕士学位论文，2002
关键词：套建增层；框架结构；施工技术
1.引言
框架结构房屋套建增层，不但可使土地上房屋容积率增大几倍到十几倍，达到有效利用国土资源的目的，而且可使房屋的造型与周围新建房屋相协调，达到对既有房屋进行现代化改造的目的，提升城市现代化的整体水平。
我国虽然开展了一些既有房屋的套建增层实践，但系统的理论与试验研究尚需进一步深入。例如，东南大学宋健阐述了外套框架加层设计的一些基本要求并给出了外套一支撑框架加层结构、外套框架一剪力墙加层结构、外套框架一旧框架短梁连接加层结构弹性设计方法和施工方法。
另外，四川省建筑科学研究院主持编制了《砖混结构房屋加层技术规范》（CECS78：96）。在该规范中论述了加层的基本原则、直接加层法和外套结构加层法等内容。其中外套结构加层法中论述了可采用的几种结构体系：如可采用在原房屋外套“底层框架一剪力墙，上部各层为砖混结构”、“底层框架一剪力墙，上部各层为框架结构”、“底层及上部各层均为框架结构”等，并对外套结构房屋总高度和总层数进行了限制。但所提限值是根据全国各地已建成的分离式加层结构的实践经验并参考相关规范而制定的，没有可靠的理论依据。
2.套建增层预应力混凝土框架结构房屋设计与施工建议
2.1总则
为了在预应力混凝土框架套建增层结构设计中贯彻国家的技术经济政策，做到技术先进，安全适用，经济合理，确保质量，提出本方案。
2.2一般规定
（1）对既有房屋进行套建增层改造必须在充分论证的基础上进行。
（2）对既有房屋进行套建增层改造原则上应能保证在套建增层施工过程中原房屋的正常使用。
（3）对既有房屋进行套建增层改造应尽可能实现结构受力与施工措施的一体化。
（4）经套建增层改造的房屋结构的安全性、耐久性和适用性原则上不低于现行设计标准。
2.3结构型式
（1）套建增层预应力混凝土框架柱仍可采用普通钢筋混凝土框架柱。
（2）套建增层结构一层顶框架梁采用内置钢析架预应力混凝土组合框架梁，通过在（预应力）钢桁架下侧挂底模，并以底模为支承设置侧模，来实现在浇筑混凝土过程中由（预应力）钢桁架承担梁自重和施工荷载。待混凝土达到设计强度等级值的75%以上时，张拉梁体内曲线布置的预应力筋，形成预应力钢析架一混凝土组合框架梁。
（3）框架节点仍按普通预应力混凝土框架节点对待。
（4）套建增层结构一层顶的次梁采用内置钢箱――混凝土组合梁，内置钢箱可由二槽钢对焊而成。通过在钢箱下侧挂底模，并以底模为支承设侧模来实现施工过程中由钢箱来承担次梁自重和施工荷载，在使用阶段内置钢箱与其钢筋混凝土以组合梁的形式开展工作。
（5）板为普通混凝土板，但垂直于次梁内置钢箱焊接槽钢作主楞，在主楞上布置木方作次楞，在次楞上铺放板底模，这样在施工过程中板的荷载直接传给次梁。
2.4材料选择
（1）套建增层预应力混凝土框架结构房屋的材料选择原则上与新建预应力混凝土框架结构房屋相同。
（2）新增套建增层结构一层顶的内置钢析架与钢箱用型钢及焊缝用焊条应符合《钢结构设计规范》（CB50017一2003）的要求。
2.5柱轴压比限值与梁板截面尺寸选择
（1）关于套建增层框架抗震构造等级的划分原则上与新建房屋用预应力混凝土框架相同，但对于8度抗震设防区处于11类、111类场地土的套建增层预应力混凝土框架结构房屋，当新增套建结构底层结构层高为7.0m、7.5m，上部套建增层层数为2层时，其柱的内力增大系数按一级抗震框架柱取用柱的内力增大系数，相应的梁、柱及节点的抗震构造等级也按一级对待。
（2）套建增层混凝土框架柱的轴压比应按照下表选用
表1 套建增层混凝土框架柱轴压比限值
（3）梁板尺寸选择与新建房屋结构相同
2.6其它
（1）在设计内置钢析架预应力混凝土组合框架梁和内置钢箱混凝土组合梁时要合理考虑型钢的两阶段受力。
（2）次梁的内置钢箱通过连接焊板与框架梁应有可靠的连接。
（3）框架梁的内置钢析架及次梁的内置钢箱的安装就位应符合《钢结构工程施工质量验收规范》（CB50205一2001）的要求。
（4）套建增层预应力混凝土框架的抗震构造等级的划分应符合上述第61条要求。各抗震构造等级的套建增层预应力混凝土框架应符合《预应力混凝土结构抗震设计规程》（JGJ140一2004）的相关计算要求和构造要求。
3.我国增层工程实践案例
原纺织工业部办公楼（由三层增至五层）。为解决外套框架上刚下柔问题，在原砖混结构局部横墙处采用钢筋混凝土夹板墙加固，夹板墙直通到顶，在上部新增楼层变成钢筋混凝土剪力墙。原楼梯间也采用夹板墙加固，直通顶层形成筒体。通过该方法将增层与对原结构加固有机地结合起来。
阳泉市信托投资公司红楼加层工程，将四层框架加至十三层。原建筑为4层框架结构房屋，总高度为17.5m，外轮廓尺寸为29m*26.60m，位于阳泉闹市区。业主要求在建设期间不能影响下部4层商场正常营业。最终方案为在五层和九层设承托转换层，每个转换层分别承担上部3层子框架荷载，每侧各设4个巨型柱，周边采用裙梁相连接，形成框筒体系抗侧力结构，并适当增大屋面梁的刚度，从而形成外套巨型框架内部为子框架的结构体系。底层转换层施工时利用原建筑框架柱和基础的富余部分承载力，通过简支在原框架柱上的钢析架来承托底层转换层及其子框架的自重及施工荷载。第二个转换层及子框架的自重及施工荷载通过设置层层支撑传递给底层转换层。
北京市建筑设计研究院设计的北京日报社综合业务楼接层工程采用了在原四层砖混办公楼外套建四层的组合框架。原建筑地上四层，地下一层，建筑面积为6150m2。为减轻自重，套建框架结构房屋的主次梁均采用钢结构。利用原屋面做新增楼层的楼面，以一层主梁托两层楼盖。主梁为钢板组合焊接工字梁，梁高1m。托层梁用I40工字钢。柱子采用了钢骨混凝土柱。
铁道部第四勘测设计院设计的某科研设计大楼加层工程采用在原四层砖混结构房屋外套两层预应力巨型框架，其巨型框架内含六层子框架。结构剖面其中考虑了分期分批张拉预应力筋及模拟施工过程对结构计算的影响，但针对罕遇地震下的结构性能未涉及。
中南建筑设计院的曾华卿和许敏尝试将外套钢筋混凝土空腹析架用于既有房屋套建增层中，其空腹部分作为楼层，可降低层高，减小工程造价，但文中对上刚下柔的空腹析架式框架未考虑抗震设计。
此外，国内其他单位也开展了一定的套建增层工程实践，这里就不一一列举。
参考文献：
[1]张雷明，刘西拉.钢筋混凝土结构倒塌分析的前沿研究[J]，地震工程与工程振动，2003，23（3）：47一52.
[2]傅学怡.整浇钢筋混凝土建筑结构抗震设计理念探究―来自台湾、阪神和阿拉斯加等地震震害的启示[J].建筑结构.2005，（5）.
