框架結(jié)構(gòu)是多層建筑物最經(jīng)常使用的結(jié)構(gòu)形式之一，該結(jié)構(gòu)以其傳力明確而簡(jiǎn)捷的特點(diǎn)，被結(jié)構(gòu)工程師所青睞�？蚣芙Y(jié)構(gòu)的構(gòu)件受力形式以受彎為主，桿件可以采用各種延性材料，形成鋼框架、鋼筋混凝土框架、勁性混凝土框架、木框架等多種框架形式。不論哪一種，其宏觀受力狀況是相同的。在這里，以鋼筋混凝土框架為例，闡述框架結(jié)構(gòu)的各種特點(diǎn)。
框架結(jié)構(gòu)的組成包括梁、板、柱、以及基礎(chǔ)。
梁與柱的節(jié)點(diǎn)為剛節(jié)點(diǎn)，個(gè)別情況下做成半鉸節(jié)點(diǎn)。柱的基礎(chǔ)多為剛性節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)，有時(shí)做成鉸節(jié)點(diǎn)�？蚣芙Y(jié)構(gòu)屬于超靜定結(jié)構(gòu)，在力學(xué)計(jì)算中，通常稱之為剛架。
柱
柱是框架的主要承重構(gòu)件、抗側(cè)向力構(gòu)件，是框架的關(guān)鍵構(gòu)件�？蚣芙Y(jié)構(gòu)的柱多為矩形，從室內(nèi)看，一般突出于墻面。近幾年，隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，也隨著入們對(duì)于室內(nèi)空間要求的提高，異型柱逐漸流行，“L”、“T”、“十”形狀的柱也有使用。在一些大型建筑中，圓形柱也有采用。
梁
梁在框架中起著雙重作用，一方面梁承接著板的荷載，并將其傳遞至柱上，并進(jìn)而通過柱傳遞至基礎(chǔ)；另一方面，梁也在協(xié)調(diào)著柱的內(nèi)力，與柱共同承擔(dān)豎向與水平荷載，這在框架各種荷載作用下的彎矩與剪力圖上，可以清楚地看到。
框架與框架之間的梁稱為聯(lián)系梁，理論上聯(lián)系梁不承擔(dān)荷載，僅僅連接框架。實(shí)際上，聯(lián)系梁也要調(diào)整框架不均勻的受力作用，促使框架受力更加均衡。同時(shí)部分聯(lián)系梁也承擔(dān)著板所傳來的荷載。
板
板是不僅直接承擔(dān)垂直荷載的構(gòu)件，而且對(duì)于水平荷載，板所起到的作用也是十分重要的。板是重要的保證框架結(jié)構(gòu)空間剛度的構(gòu)件——板的平面內(nèi)剛度極大，甚至可以被認(rèn)為是無窮大，因此可以起到對(duì)于各個(gè)柱所承擔(dān)的側(cè)向受力進(jìn)行整體協(xié)調(diào)的作用，還可以有效平衡各個(gè)框架之間的受力不均勻。在樓梯間處，由于沒有連續(xù)的樓板，空間剛度大大折減，要靠四角的柱來穩(wěn)固這一不利空間，因此很多工程師將樓梯間四角的柱設(shè)計(jì)成相對(duì)較大的尺度。
梁與板一般采用鋼筋混凝土整體澆筑，才能保證這種空間剛度，裝配式樓板不能滿足要求，因此對(duì)于抗震地區(qū)，現(xiàn)澆樓板是必須的。
墻
框架結(jié)構(gòu)的墻體僅僅是填充性的墻體，即為分隔與圍護(hù)的作用，不承擔(dān)任何重量與作用。沒有墻體，框架結(jié)構(gòu)仍然存在。因此，墻體要與框架可靠的相連，防止在意外受力時(shí)被甩出結(jié)構(gòu)，但又要避免連接過密而與框架形成整體工作體系，改變框架的受力狀態(tài)。
由于框架柱是各自獨(dú)立的將上部荷載傳遞至地面的，可以對(duì)于每一根柱單獨(dú)設(shè)計(jì)其基礎(chǔ)，因此框架多采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。但有時(shí)由于荷載較大或地基相對(duì)軟弱，以及各個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)下的土層的差異，獨(dú)立基礎(chǔ)之間會(huì)形成地基的不均勻變形，從而導(dǎo)致地上結(jié)構(gòu)的裂縫；或由于獨(dú)立基礎(chǔ)面積過大，在實(shí)際施工中已經(jīng)形成各個(gè)基礎(chǔ)的相連狀態(tài)，此時(shí)設(shè)計(jì)者也經(jīng)常選擇柱下條形基礎(chǔ)。
一方面柱下條形基礎(chǔ)可以調(diào)整柱之間的受力，是地基承擔(dān)的荷載更加均勻，另一方面條形基礎(chǔ)的基底面積要大于獨(dú)立基礎(chǔ)，更有利于基礎(chǔ)對(duì)于荷載的承擔(dān)與分布，提高了基礎(chǔ)的整體性。條形基礎(chǔ)可以設(shè)計(jì)成單向的平行的條形基礎(chǔ)，也可以設(shè)計(jì)成相互交叉形式的交叉梁式基礎(chǔ)，后者的整體性更好。
對(duì)于較高層的框架結(jié)構(gòu)，或地質(zhì)狀況相對(duì)較軟弱的區(qū)域，框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)也可以選擇筏板式基礎(chǔ)——以一塊筏板將各個(gè)柱子連在一起，協(xié)調(diào)柱子之間的作用，形成整體性的基礎(chǔ)，更有利于荷載的傳遞。筏板基礎(chǔ)施工極為方便，但是由于筏板較為厚大，混凝土用量較多，因此在選擇時(shí)宜慎重。
基礎(chǔ)與基礎(chǔ)之間一般設(shè)有基礎(chǔ)梁，其作用是平衡柱所承擔(dān)的彎矩，減小基礎(chǔ)由于彎矩作用產(chǎn)生的偏心。
框架結(jié)構(gòu)房屋的結(jié)構(gòu)組成
計(jì)算平面
由于框架結(jié)構(gòu)橫向柱數(shù)量較少，剛度較弱，同時(shí)也由于計(jì)算技術(shù)的制約，傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多進(jìn)行橫向平面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算， 將橫向的梁在設(shè)計(jì)中做成框架梁。而相對(duì)橫向結(jié)構(gòu)的縱向柱較多，剛度較大，一般僅作構(gòu)造處理，縱向的框架與框架之間聯(lián)結(jié)的梁，則被做成聯(lián)系梁。但隨著現(xiàn)代建筑體形的復(fù)雜化與計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代框架結(jié)構(gòu)有時(shí)已經(jīng)很難明顯的區(qū)分框架梁與聯(lián)系梁了。
框架結(jié)構(gòu)一般采取正交矩形柱網(wǎng)的方式，并在整體平面上也形成矩形。當(dāng)然這并非絕對(duì)，計(jì)算技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)可以保證現(xiàn)代的工程技術(shù)入員，在面對(duì)任何復(fù)雜的平面時(shí)，均可以做出滿意的設(shè)計(jì)。
計(jì)算荷載傳遞
框架結(jié)構(gòu)中，受力主要是垂直力與水平力兩類。垂直荷載源于自重、以及各種活荷載，除非特殊荷載，多數(shù)垂直荷載被設(shè)計(jì)成均布荷載，可能直接作用在框架上（樓板搭載框架梁上），也可能通過其他構(gòu)件（次梁）以集中荷載的方式傳遞至框架上（樓板搭在非框架梁的次梁上，再由次梁傳遞至框架梁上）�？蚣芙Y(jié)構(gòu)的垂直荷載通過梁板體系來承擔(dān)，進(jìn)而傳給柱，由柱傳給基礎(chǔ)。
水平荷載主要是由風(fēng)與地震的作用產(chǎn)生的。由于樓板承擔(dān)了建筑中主要的重量，地震時(shí)在樓板高度處會(huì)產(chǎn)生巨大的地震作用力，因此一般將水平地震荷載簡(jiǎn)化為作用在樓板高度處的水平集中力�？蚣芩袚�(dān)的風(fēng)力作用在建筑物的側(cè)墻上，進(jìn)而通過側(cè)墻傳遞至承擔(dān)墻體的框架梁上，因此風(fēng)荷載對(duì)于框架也可以簡(jiǎn)化為集中作用。也就是說，水平荷載作用的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)是作用于各個(gè)層高處的水平集中荷載。
框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖
從內(nèi)力圖可以看出，框架結(jié)構(gòu)的梁、柱是共同協(xié)調(diào)受力的，除了等跨結(jié)構(gòu)的中柱在垂直荷載作用下，可以不承擔(dān)彎矩以外，其他各種情況下，柱子均要受彎。這對(duì)于頂層柱來講，由于軸向作用的荷載較小，而彎矩作用表現(xiàn)得就更加明顯。
框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法簡(jiǎn)述
在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力基本上采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行精確分析完成。但手工算法也時(shí)有采用，主要是對(duì)于簡(jiǎn)單的框架進(jìn)行初步分析，了解手工算法，對(duì)于掌握框架結(jié)構(gòu)的力學(xué)概念與結(jié)構(gòu)構(gòu)造，是十分重要的。
1.豎向荷載作用下的近似計(jì)算——分層計(jì)算法。
由精確分析法與彎矩圖可知，在豎向荷載作用下，多層多跨框架側(cè)移較小，各層荷載對(duì)其他層桿件的內(nèi)力影響也較小，因此可以在計(jì)算中進(jìn)行簡(jiǎn)化。分層計(jì)算法的基本假定為：在豎向荷載作用下，可以忽略框架的側(cè)向位移，忽略本層梁上的豎向荷載對(duì)于其他各層梁的內(nèi)力的影響。此時(shí)，多層框架可以按單層框架進(jìn)行求解，在誤差允許的范圍內(nèi)，大大簡(jiǎn)化了計(jì)算過程。
2.水平荷載作用下的近似計(jì)算——反彎點(diǎn)法。
框架結(jié)構(gòu)所受的水平荷載（地震力、風(fēng)力）可簡(jiǎn)化成節(jié)點(diǎn)上的水平集中力。在集中力作用下，框架梁、柱彎矩圖均為直線，且桿件都有一個(gè)反彎點(diǎn)——彎矩為0的點(diǎn)。如果能求出反彎點(diǎn)的位置和反彎點(diǎn)處的剪力，則框架梁、柱的內(nèi)力圖即可求出。
當(dāng)框架橫梁線剛度與柱的線剛度之比大于3時(shí)，框架上部各層節(jié)點(diǎn)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)角很小，可在計(jì)算中進(jìn)行簡(jiǎn)化與忽略。在計(jì)算中基本假定為：在確定各柱間的剪力分配時(shí)，認(rèn)為框架橫梁的線剛度與柱的線剛度之比為無窮大，則上下柱端只有側(cè)移而無轉(zhuǎn)角，且同一層柱中各端的側(cè)移相等；在確定各柱反彎點(diǎn)的位置時(shí)，認(rèn)為除底層外，各層柱的上下端轉(zhuǎn)角相等。這樣，飯碗點(diǎn)的位置就確定在了柱的中部，采用剪力分配法，就可以求得框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖。（剪力分配法見排架一節(jié)）
3.水平荷載作用下的改進(jìn)反彎點(diǎn)法——D值法。
改進(jìn)的反彎點(diǎn)法是在分析多層框架受力和變形特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出修正柱的抗側(cè)移剛度和調(diào)整反彎點(diǎn)高度的方法。修正后柱的抗側(cè)移剛度以D來表示，稱為D值法。
它的兩項(xiàng)改進(jìn)為：其一，增加了柱的側(cè)移剛度修正系數(shù)，反映了由于節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)降低柱抵抗側(cè)移的能力，可以根據(jù)梁柱線剛度比值計(jì)算柱側(cè)移剛度；其二，調(diào)整反彎點(diǎn)高度，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，拄的反彎點(diǎn)高度與該柱上下兩端轉(zhuǎn)角大小有關(guān)，因此柱的反彎點(diǎn)并不一定處于柱的中心高度。
根據(jù)D值法，可以更準(zhǔn)確的分析出框架結(jié)構(gòu)在側(cè)向力作用下的變形與受力。
框架的設(shè)計(jì)概念原則
框架結(jié)構(gòu)屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)，計(jì)算復(fù)雜，雖然可以依靠計(jì)算機(jī)進(jìn)行精確分析，但必須建立在概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其概念原則有以下幾點(diǎn)：
強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)弱桿、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓弱拉
這是從破壞的延性與相對(duì)脆性的角度以及重要程度兩方面來考慮的結(jié)果。
強(qiáng)柱弱梁——在結(jié)構(gòu)的破壞過程中，柱的破壞會(huì)導(dǎo)致整體或局部結(jié)構(gòu)的坍塌，因此要將柱設(shè)計(jì)得更加穩(wěn)固；而相對(duì)的梁，由于其失效一般不會(huì)導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的問題，因此相對(duì)次要。另外，由于柱的破壞可能出現(xiàn)相對(duì)脆性的狀況，而梁的破壞一般均為延性，因此對(duì)于柱的設(shè)計(jì)，要選擇更高的可靠度。
強(qiáng)節(jié)弱桿——節(jié)點(diǎn)與桿件的設(shè)計(jì)關(guān)系。這一方面在于節(jié)點(diǎn)是桿件的聯(lián)系，節(jié)點(diǎn)破壞要比桿件的破壞嚴(yán)重得多；另一方面也在于在現(xiàn)代的設(shè)計(jì)計(jì)算理論中，桿件設(shè)計(jì)已經(jīng)較為成熟，而節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)尚沒有完善的理論。
強(qiáng)剪弱彎——與受彎的破壞過程相比，桿件受剪破壞過程體現(xiàn)出相對(duì)的脆性，而且受剪計(jì)算的計(jì)算公式也體現(xiàn)出更多的經(jīng)驗(yàn)性而非理論性，防止受剪破壞是防止結(jié)構(gòu)整體破壞的重點(diǎn)之一。
強(qiáng)壓弱拉——使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)更多的受拉特征破壞，是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受壓破壞是混凝土的破壞，屬于脆性；而受拉破壞是鋼筋的屈服破壞，為延性。因此設(shè)計(jì)者更希望將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成以受拉破壞為特征的體系。
避免使用與框架成整體的小面積剛性墻體
與框架成整體的小面積剛性墻體的剛度要遠(yuǎn)大于柱的剛度，會(huì)承擔(dān)更多的側(cè)向作用，因此，剛性墻體會(huì)改變框架結(jié)構(gòu)的受力體系，改變結(jié)構(gòu)的傳力過程，使框架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)超出設(shè)計(jì)的破壞，這是很危險(xiǎn)的。
柱宜采用正方形對(duì)稱配筋，雙向受彎設(shè)計(jì)，縱向梁不一定為聯(lián)系梁
這是因?yàn)樵诳拐鸬貐^(qū)，地震作用的方向是隨機(jī)的，正方形屬于雙向?qū)ΨQ截面，采用雙向?qū)ΨQ受彎設(shè)計(jì)，更有利于抗震。由于多向隨機(jī)的水平作用，各個(gè)方向均應(yīng)設(shè)置框架梁。
另外，還要保證框架梁、柱剛性中心線應(yīng)在一個(gè)平面內(nèi)，避免偏心；避免用梁承擔(dān)其他框架梁，同層梁的標(biāo)高盡量一至，避免較大的高差；同時(shí)，框架柱的軸壓比應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。
