框架柱的設(shè)計(jì)（PPT52頁）

1、1、 框架柱的布置 一般在建筑資料圖中，建筑師已經(jīng)根據(jù)房間的布局要求，初步擬定了柱子的位置，結(jié)構(gòu)師需要做的工作是從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的角度校核它的合適性。 為了滿足建筑功能要求、實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)效果，對(duì)于建筑專業(yè)提供的主柱網(wǎng)很少做大規(guī)模的調(diào)整，但是對(duì)于局部柱網(wǎng)，常常會(huì)根據(jù)結(jié)構(gòu)需要做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。 框架柱的布置 在建筑物周邊的主軸線上盡可能設(shè)柱，避免有較大跨度的懸挑結(jié)構(gòu)； 在結(jié)構(gòu)縫的兩側(cè)盡可能設(shè)柱，使相鄰兩部分建筑物分開； 在框架柱的縱橫兩個(gè)方向，盡可能對(duì)應(yīng)設(shè)柱，滿足柱子雙向支承要求； 在樓梯間、電梯間四周角部盡可能設(shè)柱，（1）可以加強(qiáng)樓層平面位置由于樓梯間、電梯間的開洞引起的較大剛度削弱；（2）面由于樓梯間

2、、電梯間周圍均須有大量墻體填充，支承梁上作用的荷載較大，設(shè)柱以后梁直接支承在框架柱上，可以簡(jiǎn)化梁的設(shè)計(jì)；（3）不影響建筑的使用功能。 規(guī)則框架受力合理、理論計(jì)算成熟、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。 幾種特殊情況下的框架柱布置在一些造型比較活潑、體形比較復(fù)雜的建筑中，常常會(huì)出現(xiàn)以下一些情形： 為滿足建筑底層的使用功能需要（如公共建筑中設(shè)置的底層商場(chǎng)、會(huì)展中心等），主體框架部分柱不落地直接支承在樓面梁上。幾種特殊情況下的框架柱布置 為滿足建筑頂層的使用功能需要（如中小學(xué)建筑中常見的風(fēng)雨球場(chǎng)），主體框架部分柱不上升至屋面。 幾種特殊情況下的框架柱布置 為滿足建筑中間樓層的使用功能需要，主體框架部分柱在中間樓層中斷， 這

3、些類型的框架在豎向柱子拉不通，因此在垂直方向均存在著一個(gè)剛度突變的問題，荷載作用下應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，存在薄弱層、薄弱部位，對(duì)抗震不利。屬于受力不合理的結(jié)構(gòu)形式，習(xí)慣上稱之為非規(guī)則框架。相對(duì)于規(guī)則框架，非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要復(fù)雜得多，設(shè)計(jì)中盡可能少采用。突出屋面小塔樓的框架柱布置因建筑使用功能地需要，在建筑物的主屋面之上常常會(huì)設(shè)置一些輔助性用房，如樓梯間、電梯機(jī)房或其它設(shè)備用房，這些輔助用房習(xí)慣上稱之為小塔樓。對(duì)于需要抗震設(shè)防的建筑物來說，由于小塔樓的重量和剛度相對(duì)于主體結(jié)構(gòu)都突然變小，地震時(shí)產(chǎn)生的鞭端效應(yīng)會(huì)加劇小塔樓的破壞，因此框架柱必須伸至小塔樓頂；對(duì)于不需要抗震設(shè)防的建筑物，有時(shí)為方便設(shè)計(jì)，

4、常常把小塔樓做成混合結(jié)構(gòu)，即主框架柱伸至主屋面，小塔樓的重量全部由屋面梁來承擔(dān)電梯間的框架柱布置電梯井道的設(shè)置是為了滿足電梯在垂直方向的運(yùn)行要求，由于電梯運(yùn)行存在著一定的危險(xiǎn)性，因此井道與其它房間之間必須用墻體隔離。工程設(shè)計(jì)中，井道周邊的墻體有采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的，也有采用砌體填充墻的。對(duì)于需要抗震設(shè)防的建筑物來說，井道周邊的墻體采用砌體填充墻更合適。原因如下：如井道周邊的墻體采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于墻體落地面積所占的比例較小，達(dá)不到框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中有關(guān)剪力墻的最小落地面積要求，仍屬于框架結(jié)構(gòu)。因此井道周邊的鋼筋混凝土墻體不能進(jìn)入結(jié)構(gòu)計(jì)算，只能按照構(gòu)造要求進(jìn)行鋼筋配置。當(dāng)建筑物受到地震作用時(shí)

5、，由于電梯井道鋼筋混凝土墻體的剛度遠(yuǎn)大于一般框架柱的剛度，故它將承擔(dān)較大的地震作用，有可能首先破壞。 2、柱截面尺寸估算 柱截面根據(jù)不同的使用要求，可以選擇不同的截面形式。 在現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，為方便施工，柱的截面形式常采用矩形（或正方形）和圓形，且以矩形（或正方形）截面形式居多，特殊情況下也采用異形柱（如L形、十字形、T形等），有關(guān)異形柱框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)須符合混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ149-2006）的要求。 柱截面尺寸預(yù)估的一般步驟是：先由柱的軸壓比確定柱的截面面積，再由柱的高寬比要求確定柱的截面寬度b和高度h（圓柱為直徑），并滿足模數(shù)尺寸要求。 滿足柱軸壓比的要求（僅抗震設(shè)計(jì)有

6、要求）軸壓比是指柱截面考慮地震作用組合的軸向力設(shè)計(jì)值N與柱的全截面面積Ac和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc乘積的比值。軸壓比限值：根據(jù)抗震規(guī)范取用。N 軸向力設(shè)計(jì)值，近似計(jì)算方法如下：A-柱截面受荷載作用，按居中面積計(jì)算；q單位面積建筑物荷重標(biāo)準(zhǔn)值，與柱網(wǎng)間距、樓面（屋面）使用活荷載、填充墻材料和布置等多種因素有關(guān)，柱截面估算時(shí)近似取值1114kN/m2； 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)防烈度、房屋高度、建筑物的重要性、所在場(chǎng)地類別，采用不同的抗震等級(jí)，并應(yīng)符合相應(yīng)的計(jì)算和構(gòu)造措施要求?？蚣芙Y(jié)構(gòu)抗震等級(jí)共有四個(gè)，一級(jí)對(duì)延性要求最高，二級(jí)次之，四級(jí)要求最低?？拐鹨?guī)范 GB

7、50011-2010表格說明 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50011-2010 滿足柱的剪跨比要求控制柱的剪跨比主要是為了保證柱的延性，工程設(shè)計(jì)中，為簡(jiǎn)化計(jì)算一般通過控制柱的長細(xì)比4（又稱長柱）來實(shí)現(xiàn)。Hn框架柱凈高，單位mm；h0框架柱截面長邊方向計(jì)算高度，h0=h-40，單位mm。 實(shí)際工程中，由于層間梁的設(shè)置（如樓梯間框架柱）、軸壓比的控制，總有各別柱不能滿足長柱的構(gòu)造要求而成為短柱(=1.52.0)、極短柱(1.5)，此時(shí)常通過提高柱混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、增加配筋率（主要是箍筋）等措施來提高框架柱的延性。 滿足柱截面尺寸的最小要求 框架柱的截面寬度和高度

8、均不宜小于300mm，圓柱的截面直徑不宜小于350mm；柱的截面高度與寬度的比值不宜大于3。 為方便施工，柱截面寬度一般不小于框架主梁截面寬度+100mm，通常在(115120)H之間，其中H為底層柱柱高，可取基礎(chǔ)頂面（或室外地面下-0.500m）至一層樓板面間距離。 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010 對(duì)柱截面尺寸沒有規(guī)定 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ3-2010關(guān)于異形柱框架結(jié)構(gòu)混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ149-2006）異形柱框架結(jié)構(gòu)適用的最大高度：非抗震設(shè)計(jì)：24m6度(設(shè)計(jì)基本地震加速度0.05g）：24m7度(設(shè)計(jì)基本地震

9、加速度0.10g）：21m7度(設(shè)計(jì)基本地震加速度0.15g）：18m8度(設(shè)計(jì)基本地震加速度0.20g）：12m高層建筑不能采用純異形柱框架結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中，高層建筑也采用個(gè)別異形柱的框架結(jié)構(gòu) 多層建筑異形柱框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法介紹混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ149-2006）異形柱形式L形、T形、十字形，且截面各肢的肢高 與肢厚比不大于4。異形柱截面尺寸墻肢厚度不應(yīng)小于200，墻肢高度不應(yīng)小于500。梁截面尺寸高度（1/101/15）計(jì)算跨度，非抗震時(shí)不宜小于350，抗震時(shí)不宜小于400；梁的凈跨與截面高度的比值不宜小于4；梁的截面寬度不宜小于截面的1/4和200。構(gòu)造要求混凝土強(qiáng)度等級(jí)不

10、應(yīng)小于C25，且不高于C50 多層建筑異形柱框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法介紹平面布置同一般的框架結(jié)構(gòu)（配合建筑墻體位置，在平面上盡可能均勻、對(duì)稱、周遍布置，在豎向盡可能連續(xù)布置）結(jié)構(gòu)計(jì)算STWER 配筋及構(gòu)造-比較一般的框架結(jié)構(gòu)要求要嚴(yán)格混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ149-2006）施工梁柱平接，注意梁、柱核心處的施工質(zhì)量3、柱上荷載選用與輸入（1）樓面恒載的取值 樓面梁（程序自動(dòng)導(dǎo)算）、其他作用在柱上荷載PMCAD建筑建模與荷載輸入荷載輸入柱上荷載柱上恒載（2）屋面恒載的取值 屋面梁（程序自動(dòng)導(dǎo)算）、其他作用在柱上荷載PMCAD建筑建模與荷載輸入荷載輸入柱上荷載柱上恒載（3）樓面活載的取值 樓面梁

11、（程序自動(dòng)導(dǎo)算）、其他作用在柱上荷載PMCAD建筑建模與荷載輸入荷載輸入柱上荷載柱上活載（4）屋面活載的取值 屋面梁（程序自動(dòng)導(dǎo)算）、其他作用在柱上荷載PMCAD建筑建模與荷載輸入荷載輸入柱上荷載柱上活載 4、計(jì)算簡(jiǎn)圖底部固接，其他剛接，計(jì)算長度？ 老規(guī)范 4、計(jì)算簡(jiǎn)圖底部固接，其他剛接，計(jì)算長度？ 老規(guī)范新規(guī)范教材： P144 (1)剛性：指一物體只能發(fā)生平移和轉(zhuǎn)動(dòng)，而不發(fā)生其它彈性變形。 (2)彈性節(jié)點(diǎn)： 指結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層中不與樓板相連接的柱節(jié)點(diǎn)。 如存在彈性節(jié)點(diǎn)，則對(duì)修改計(jì)算長度系數(shù)菜單中，對(duì)柱的長度系數(shù)應(yīng)進(jìn)行修改。 5、柱配筋計(jì)算結(jié)果輸出合理性的判別：軸壓比是否超限（僅抗震設(shè)計(jì)有要求）；按

12、照我國的實(shí)際情況，最大配筋率為5%，通常控制在3%以下柱配筋率為超過3%，考慮采用焊接箍筋。6、柱子鋼筋選擇鋼筋種類-縱向鋼筋：II級(jí)鋼筋、 III級(jí)、VI級(jí)鋼筋，直徑=10 通常框架柱主筋，16=直徑=25 箍筋- I級(jí)鋼筋、II級(jí)、 III級(jí)、VI級(jí)鋼筋 通?？蚣苤拷钪睆綖?，必要時(shí)采用10、12 一般構(gòu)造柱箍筋直徑采用6 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010HRB：普通熱軋帶肋鋼筋； HRBF：普通熱軋細(xì)晶粒帶肋鋼筋；HPB：普通熱軋光圓鋼筋； RRB：余熱處理鋼筋。 程序計(jì)算時(shí)，框架柱縱筋的鋼筋種類、設(shè)計(jì)強(qiáng)度由設(shè)計(jì)人員輸入。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010 程序計(jì)算時(shí)

13、，框架柱縱筋的鋼筋種類、設(shè)計(jì)強(qiáng)度由設(shè)計(jì)人員輸入?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-20107、需要注意的地方對(duì)稱配置縱向鋼筋：能拉通配置的地方，通過鋼筋直徑的調(diào)整，盡可能拉通配置，方便施工。注意角筋的選擇，必須滿足計(jì)算要求。截面尺寸大于400mm的柱，縱筋間距不宜大于200mm； 最小凈距不應(yīng)小于50mm（增加）7、需要注意的地方 箍筋必須為封閉箍，并有135度彎鉤，彎鉤要求與梁箍筋相同。 柱箍筋加密區(qū)的箍筋肢距，一級(jí)不宜大于200mm，二、三級(jí)不宜大于250mm和20倍箍筋直徑的較大值，四級(jí)不宜大于300mm。 至少每隔一根縱向鋼筋宜在兩個(gè)方向由箍筋或拉筋約束；采用拉筋復(fù)合箍時(shí)，拉筋應(yīng)有13

14、5度彎鉤，要緊靠縱筋并勾住箍筋。 柱非加密區(qū)的箍筋：除應(yīng)符合受剪承載力外，其體積配箍率不宜小于加密區(qū)的50；箍筋間距，不大于加密區(qū)箍筋間距的2倍，且一、二級(jí)框架柱不大于10倍縱向鋼筋直徑，三、四級(jí)框架柱不大于15倍縱筋直徑。箍筋形式：與柱截面尺寸有關(guān)，與配置的縱向鋼筋根數(shù)有關(guān)，盡量用復(fù)合箍筋。平法大樣平法大樣8、計(jì)算時(shí)角柱必須在特殊梁柱菜單中進(jìn)行定義9、需要加強(qiáng)配筋的地方角柱、短柱以及軸壓比較大（或配筋率較高）的柱。根據(jù)延性框架設(shè)計(jì)理念：柱鋼筋可以適當(dāng)放大！混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)