柱及剪力墙配筋总结文档格式.docx
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以C25砼为例,一根截面为1000mmx1000mm的砼柱,其受压承载力=fc*A=11.9x1000x1000=11900000N=11900kN=1190t,若此柱受到的压力为11900kN,此时轴压比为
N/fc*A=11900/11900=1.0
若控制此柱的轴压比为0.8,说明该柱还有20%的安全储备。
因此轴压比实际反映了构件抗压承载力的发挥程度,轴压比越小,构件的安全储备越高(抗震概念上称延性越好)。
关于延性:
延性是指材料超过弹性极限后破坏前抵抗变形的能力。
影响延性的因素很多,以下仅讨论与轴压比的关系:
框架柱同时受到压力、剪力及弯矩的作用,破坏形式有两种,小偏心受压破坏和大偏心受压破坏。
大偏心受压破坏是受拉钢筋先屈服然后混凝土被压碎,实际是受拉破坏,属于延性破坏。
小偏心受压破坏由于混凝土压碎而产生,不发生钢筋受拉破坏,属于脆性破坏。
构件轴压比越小,意味着受到的压力越小,构件发生小偏心受压破坏的可能性越小,发生大偏心受压的弯曲破坏可能性越大,符合抗震设计中延性设计的原则。
轴压比与柱截面有关,因此通过轴压比指标可以确定框架柱截面的大小。
现行抗震规范对轴压比的规定如表一,框架柱轴压比不宜超过表中数值,且不应大于1.05。
建造于Ⅳ类场地且较高的高层建筑,表中数值应适当减小。
表一 柱轴压比限值表
结构类型
抗震等级
一
二
三
四
框架结构
0.65
0.75
0.85
0.9
框剪结构
0.90
0.95
框支结构
0.6
0.7
表中红色数字表示新抗规的要求,与原规范相比,新规范的变化主要体现在两个方面,一是四级框架柱的限值由1.05调整到0.9和0.95,二是框架结构减小了0.05。
注意表中限值适用于剪跨比大于2、砼强度等级不高于C60的框架柱。
剪跨比不大于2的框架柱,表中限值应降低0.05。
砼强度等级高于C60时,按抗规附录B设计。
设置芯柱或箍筋加大加密时,可提高柱的变形能力,此时轴压比限值可适当放宽,详规范6.3.6条的注解3、4条。
从该表可以看出,不同结构体系中的框架柱,轴压比限值不同。
抗震等级越高,或者说要求在结构中发挥作用越大的框架柱,其安全储备要求越高。
关于抗震等级:
抗震等级反映了对结构的抗震要求。
由于构件在结构中发挥的作用不同,同一结构不同构件、同一构件在不同结构体系中的抗震要求可能不同。
如框剪结构中的框架,其抗震要求就可低于框架结构中的框架,原因是框剪结构中主要是剪力墙发挥作用。
柱截面大小与轴压比有关,轴压比影响到框架柱的延性,因此如何正确计算轴压比在框架柱设计中很重要。
计算轴压比时轴力N取考虑地震作用组合的设计值,按抗规5.4.1条确定。
按抗规6.3.6注解1条,无需进行地震作用计算的结构,可取无地震作用组合的轴力设计值。
按抗规5.1.6-1条,6度区部分建筑可不进行截面抗震验算。
根据5.1.6条文说明,当地震作用在结构设计中基本上不起控制作用时,以及被地震经验所证明者,可不做抗震验算。
考虑到电算速度较快,无论地震作用是否起控制作用,建议均进行地震作用计算。
例如彰武项目,裙楼为四层商业,框架结构,6度,Ⅱ类场地,乙类建筑,框架抗震等级为三级,查表一,框架柱轴压比限值为0.85。
采用SATWE计算,考虑地震作用时框架柱的最大轴压比为0.81,不考虑地震作用时最大轴压比为0.94>
0.81。
出现这种情况与工程条件有关,该工程为多层建筑,地震烈度低,活荷载较大。
考虑地震作用时,按抗规5.4.1条,荷载效应组合的设计值为
S=1.2重力荷载代表值+1.3水平地震作用
=1.2(恒载+0.5活载)+1.3水平地震作用
=1.2恒载+0.6活载+1.3水平地震作用 (式一)
不考虑地震作用时,按荷载规范3.2.3条,由可变荷载效应控制时,荷载效应组合的设计值为
S=1.2恒载+1.4活载+1.4x0.6风 (式二)
比较式一和式二,当地震作用较小,活荷载较大时,式二的计算结果可能大于式一,说明框架柱轴力的最不利组合设计值为非地震作用组合。
注意按表一验算轴压比时轴力N并不一定是最不利组合,当最不利组合设计值N为非地震组合时,应按抗规6.3.6注解5条控制轴压比,即要求轴压比≤1.05即可。
本项目按考虑地震作用轴压比0.81<0.85,满足要求。
若按不考虑地震作用,0.94<
1.05,也满足要求。
若用非地震组合值0.94与0.85比较,将导致柱截面加大,不经济。
PKPM完成结构计算后,会提供框架柱的轴压比计算结果,显示在框架柱的左上方,为一带括号的数字,如图二为某框架柱的SATWE计算结果,该柱的轴压比0.17。
该框架柱的抗震等级为一级,轴压比满足表一的要求。
图二 框架柱计算结果 图三 框架柱施工图
根据SATWE轴压比计算结果及规范限值可调整框架柱截面大小。
初步设计时,也可按20kN/m2的楼层荷载估算柱截面。
例如某4层框架,柱网8X8m,每层柱承担的荷载为20X8X8=1280kN,4层荷载传至柱底的压力N=1280X4=5120kN。
若轴压比控制为0.8,砼等级取C40,那么柱截面面积A=5120X1000/(19.1X0.8)=335078mm2,柱截面可取600x600mm。
当某框架柱的轴压比超出规范限值时,SATWE计算结果中“超配筋信息”会提示哪个编号的框架柱轴压比不满足要求,这时可考虑提高砼等级或加大柱截面。
轴压比仅是控制柱最小截面,保证框架柱的基本延性。
柱子最终截面还与楼层高度(失稳)、结构侧向刚度(控制位移)、甚至框架梁宽度有关,如当框架梁截面较宽时,为方便梁纵筋锚入柱内,尽管轴压比较小,也可能取较大的柱截面。
对于低层建筑,当梁跨度较大时,尽管柱受到的压力不大,通常采用截面宽度大于梁宽的框架柱,此时轴压比不起控制作用。
三、框架柱的构造要求
除了限制轴压比外,抗震设计对框架柱还有其它构造要求,详抗震规范6.3.5~6.3.10条,简单介绍如下:
1、截面尺寸:
柱截面的宽度和高度(圆柱的直径),四级或不超过2层时不宜小于300(350),一、二、三级且超过2层不宜小于400(450)。
2、纵筋最小配筋率:
同其它砼构件一样,框架柱纵筋也有最小配筋率要求。
不同位置、不同抗震等级的框架柱纵筋最小配筋率列于表二。
表二 框架柱最小配筋率
类别
中柱和边柱
0.95(1.05)
0.75(0.85)
0.65(0.75)
0.55(0.65)
角柱、框支柱
1.15
注:
(1)该表用于钢筋强度标准值为400MPa。
钢筋强度标准值>400MPa时,表中数值可减小0.05。
(2)表中括号内数值用于框架结构的柱。
(3)框架柱每侧纵筋配筋率尚不应小于0.2%。
(4)以下情况,表中数值应增加0.05:
①IV类场地且较高的高层建筑;
②钢筋强度标准值小于400MPa;
③砼等级高于C60。
3、延性要求:
除限制轴压比外,为保证强剪弱弯,提高构件变形能力,要求柱端箍筋加密。
加密区范围、箍筋直径和间距及肢距、箍筋体积配筋率均有要求。
还要求纵筋配筋率不应过大,一般框架柱不应大于5%,框支柱配筋率不宜大于4.0%,剪跨比不大于2的一级框架柱,其每侧纵筋配筋率不宜大于1.2%。
柱箍筋加密区的体积配箍率应符合下式要求:
ρv=λv*fc/fyv, λv查抗规表6.3.9
fc为砼抗压强度设计值,强度等级低于C35时,按C35计算,因此建议框架柱采用砼等级不小于C35。
fyv为箍筋抗拉强度设计值,超过360MPa时按360MPa计算。
fyv越大,ρv越小。
为减小箍筋用量,柱箍筋应采用高强度钢筋。
实配箍筋的体积配箍率按砼规范7.8.3条计算:
ρv=Asv*∑L/Acor*s,
其中Asv为箍筋面积,∑L为截面内所有箍筋长度之和,Acor为外圈箍筋内表面(也就是纵筋外边界)面积,s为箍筋沿竖向间距。
注意按新抗规,不用扣除重叠部分的箍筋体积。
例题:
试求图二框架柱加密区的体积配箍率ρv,砼等级为C40,砼保护层为30,配筋详图三。
图三 框架柱施工图
按砼规范式7.8.3-2:
Acor=(600-2x30)2=291600
ρv=4x78.5x(600-2x30)x2+4x78.5x200/(291600x100)=1.37%
该柱的轴压比0.17,查抗规表6.3.9,一级框架柱λv=0.10。
查砼规范表4.1.4,C40砼抗压强度设计值fc=19.1MPa,查表4.2.3-1,fyv=360。
故λv*fc/fyv=0.1x19.1/360=0.53%,按抗规6.3.9-3-1)条,一级框架柱加密区的体积配箍率尚不应小于0.8%。
现实配ρv=1.49%>
0.8%,满足要求。
若按08规范扣除重叠部分箍筋体积,则
ρv=4x78.5x(600-2x30)x2/(291600x100)=1.16%
仍可满足规范要求。
4、施工要求:
为保证砼浇筑质量,柱纵筋净距不小于50mm。
四、框架柱配筋设计
从前面分析可知,框架柱主要传递以下内力:
压力、弯矩和剪力。
压力由砼、纵筋及箍筋承担,其中砼及纵筋由计算确定,箍筋主要起约束作用,防止纵筋发生压屈破坏,提高砼变形能力从而提高柱延性。
弯矩产生的拉力由纵筋承担,纵筋可按压弯构件计算确定。
剪力由箍筋承担,同样由压弯构件计算确定。
PKPM可以完成框架柱的内力及配筋计算,我们主要是根据其计算结果进行施工图绘制,SATWE计算前需要确定柱的计算参数,可在SATWE中定义,图四为配筋参数:
图四 SATWE参考设置
SATWE计算的框架柱配筋包括6个结果,其单位为cm2,以图二为例,数值2.6表示该框架柱角筋的面积不小于2.6cm2,即260mm2。
(注:
采用单偏压算法时角筋可不受此值控制。
)
图二 框架柱计算结果
数值9表示该框架柱X方向每边纵筋的总面积不小于900mm2。
数值18表示框架柱Y方向每边纵筋的总面积不小于1800mm2。
数值1.8表示该框架柱节点域配置的箍筋面积在X、Y两个方向均不小于180mm2,默认箍筋间距为100。
数值G2.3表示框架柱加密区配置的箍筋面积在X、Y两个方向均不小于230mm2,默认箍筋间距为100。
数值0.6表示框架柱非加密区配置的箍筋面积在X、Y两个方向均不小于60mm2,默认箍筋间距为100。
若实配箍筋在非加密区采用200间距时,要求箍筋面积为60X2=120。
根据SATWE计算结果,该柱配筋过程如下:
1.确定箍筋肢距:
根据抗规6.3.9条,一级抗震柱箍筋肢距不大于200,该框架柱截面为600X600,肢数取4可满足
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