框架柱的設(shè)計

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、實現(xiàn)建筑設(shè)計效果，對于建筑專業(yè)提供的主柱網(wǎng)很少做大規(guī)模的調(diào)整，但是對于局部柱網(wǎng)，常常會根據(jù)結(jié)構(gòu)需要做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。框架柱的布置①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)；②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；③在框架柱的縱橫兩個方向，盡可能對應(yīng)設(shè)柱，滿足柱子雙向支承要求；④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、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，可以簡化梁的設(shè)計；（3）不影響建筑的使用功能。規(guī)則框架受力合理、理論計算成熟、設(shè)計簡單。

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，常常會出現(xiàn)以下一些情形：①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、會展中心等），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②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），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③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。相對于規(guī)則框架，非規(guī)則框架結(jié)構(gòu)設(shè)計要復(fù)雜得多，設(shè)計中盡可能少采用。④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于主體結(jié)構(gòu)都突然變小，地震時產(chǎn)生的鞭端效應(yīng)會加劇小塔樓的破壞，因此框架柱必須伸至小塔樓頂；對于不需要抗震設(shè)防的建筑物，有時為方便設(shè)計，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)

⑤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行要求，由于電梯運行存在著一定的危險性，因此井道與其它房間之間必須用墻體隔離。工程設(shè)計中，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，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。

①滿足柱軸壓比的要求（僅抗震設(shè)計有要求）軸壓比μ是指柱截面考慮地震作用組合的軸向力設(shè)計值N與柱的全截面面積Ac和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值fc乘積的比值。μ——軸壓比限值：根據(jù)《抗震規(guī)范》取用。N——軸向力設(shè)計值，近似計算方法如下：A---柱截面受荷載作用，按居中面積計算；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)，柱截面估算時近似取值11～14kN/m2；

《建筑抗震設(shè)計規(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、所在場地類別，采用不同的抗震等級，并應(yīng)符合相應(yīng)的計算和構(gòu)造措施要求。框架結(jié)構(gòu)抗震等級共有四個，一級對延性要求最高，二級次之，四級要求最低?！犊拐鹨?guī)范》GB50011-2010表格說明《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計計規(guī)范》GB50010-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)規(guī)范》GB50011-2010②滿足柱的剪剪跨比要求控制柱的剪跨比比主要是為了保保證柱的延性，，工程設(shè)計中，，為簡化計算一一般通過控制柱柱的長細(xì)比≧4（又稱長柱）來實現(xiàn)。Hn—框架柱凈高，單單位mm；h0—框架柱截面長邊邊方向計算高度度，h0=h-40，單位mm。實際工程中，由由于層間梁的設(shè)設(shè)置（如樓梯間間框架柱）、軸軸壓比的控制，，總有各別柱不不能滿足長柱的的構(gòu)造要求而成成為短柱(λ=1.5～2.0)、極短柱(λ﹤1.5)，此時常通過提提高柱混凝土的的強(qiáng)度等級、增增加配筋率（主主要是箍筋）等等措施來提高框框架柱的延性。。③滿足柱截面面尺寸的最小要要求框架柱的截面寬寬度和高度均不不宜小于300mm，圓柱的截面直直徑不宜小于350mm；柱的截面高度度與寬度的比值值不宜大于3。為方便施工，柱柱截面寬度一般般不小于框架主主梁截面寬度+100mm，通常在(1／15～1／20)H之間，其中H為底層柱柱高，，可取基礎(chǔ)頂面面（或室外地面面下-0.500m）至一層樓板面面間距離?！督ㄖ拐鹪O(shè)計規(guī)規(guī)范》GB50011-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計計規(guī)范》GB50010-2010對柱截面尺寸沒沒有規(guī)定《高層建筑混凝土土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程程》JGJ3-2010關(guān)于異形柱框架架結(jié)構(gòu)《混凝土異形柱結(jié)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ149-2006）異形柱框架結(jié)構(gòu)構(gòu)適用的最大高高度：非抗震設(shè)計：24m6度(設(shè)計基本地震加加速度0.05g）：24m7度(設(shè)計基本地震加加速度0.10g）：21m7度(設(shè)計基本地震加加速度0.15g）：18m8度(設(shè)計基本地震加加速度0.20g）：12m高層建筑不能采采用純異形柱框框架結(jié)構(gòu)工程設(shè)計中，高高層建筑也采用用個別異形柱的的框架結(jié)構(gòu)多層建筑異形柱柱框架結(jié)構(gòu)的設(shè)設(shè)計方法介紹《混凝土異形柱結(jié)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ149-2006）異形柱形式——L形、T形、十字形，且且截面各肢的肢肢高與肢厚比不大于于4。異形柱截面尺寸——墻肢厚度不應(yīng)小小于200，墻肢高度不應(yīng)應(yīng)小于500。梁截面尺寸——高度（1/10~1/15）計算跨度，非非抗震時不宜小小于350，抗震時不宜小小于400；梁的凈跨與截面面高度的比值不不宜小于4；梁的截面寬度不不宜小于截面的的1/4和200。構(gòu)造要求——混凝土強(qiáng)度等級不不應(yīng)小于C25，且不高于C50多層建筑異形柱框框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計方方法介紹平面布置——同一般的框架結(jié)構(gòu)構(gòu)（配合建筑墻體位位置，在平面上盡盡可能均勻、對稱稱、周遍布置，在在豎向盡可能連續(xù)續(xù)布置）結(jié)構(gòu)計算——STWER配筋及構(gòu)造——-比較一般的框架結(jié)結(jié)構(gòu)要求要嚴(yán)格《混凝土異形柱結(jié)構(gòu)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ149-2006）施工——梁柱平接，注意梁梁、柱核心處的施施工質(zhì)量3、柱上荷載選用與輸入入（1）樓面恒載的取值值樓面梁（程序自動動導(dǎo)算）、其他作用在柱上荷荷載PMCAD——建筑建模與荷載輸輸入——荷載輸入——柱上荷載——柱上恒載（2）屋面恒載的取值值屋面梁（程序自動動導(dǎo)算）、其他作用在柱上荷荷載PMCAD——建筑建模與荷載輸輸入——荷載輸入——柱上荷載——柱上恒載（3）樓面活載的取值值樓面梁（程序自動動導(dǎo)算）、其他作用在柱上荷荷載PMCAD——建筑建模與荷載輸輸入——荷載輸入——柱上荷載——柱上活載（4）屋面活載的取值值屋面梁（程序自動動導(dǎo)算）、其他作用在柱上荷荷載PMCAD——建筑建模與荷載輸輸入——荷載輸入——柱上荷載——柱上活載4、計算簡圖——底部固接，其他剛剛接，計算長度？老規(guī)范4、計算簡圖——底部固接，其他剛剛接，計算長度？老規(guī)范新規(guī)范教材：P144(1)剛性：指一物體只能發(fā)生生平移和轉(zhuǎn)動，而而不發(fā)生其它彈性性變形。(2)彈性節(jié)點：指結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層中不不與樓板相連接的的柱節(jié)點。如存在彈性節(jié)點，，則對修改計算長長度系數(shù)菜單中，，對柱的長度系數(shù)數(shù)應(yīng)進(jìn)行修改。5、柱配筋計算結(jié)果果輸出合理性的判判別：軸壓比是否超限（僅抗震設(shè)計有要要求）；按照我國的實際情情況，最大配筋率率為5%，通?？刂圃?%以下柱配筋率為超過3%，考慮采用焊接箍箍筋。6、柱子鋼筋選擇鋼筋種類---縱向鋼筋：II級鋼筋、III級、VI級鋼筋，直徑>=10通?？蚣苤鹘睿?，16=<直徑<=25箍筋---I級鋼筋、II級、III級、VI級鋼筋通常框架柱箍筋直直徑為8，必要時采用10、12一般構(gòu)造柱箍筋直直徑采用6《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)規(guī)范》GB50010-2010HRB：普通熱軋帶肋鋼鋼筋；HRBF：普通熱軋細(xì)晶粒粒帶肋鋼筋；HPB：普通熱軋光圓鋼鋼筋；RRB：余熱處理鋼筋。。程序計算時，框架架柱縱筋的鋼筋種類、設(shè)計強(qiáng)強(qiáng)度由設(shè)計人員輸入。?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)規(guī)范》GB50010-2010程序計算時，框架架柱縱筋的鋼筋種類、設(shè)計強(qiáng)強(qiáng)度由設(shè)計人員輸入。?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)規(guī)范》GB50010-20107、需要注意的地方方對稱配置縱向鋼筋筋：能拉通配置的的地方，通過鋼筋筋直徑的調(diào)整，盡盡可能拉通配置，，方便施工。注意角筋的選擇，，必須滿足計算要要求。截面尺寸大于400mm的柱，縱筋間距不不宜大于200mm；最小凈距不應(yīng)小于于50mm（增加）7、需要注意的地方方箍筋必須為封閉箍箍，并有135度彎鉤，彎鉤要求求與梁箍筋相同。。柱箍筋加密區(qū)的箍箍筋肢距，一級不不宜大于200mm，二、三級不宜大大于250mm和20倍箍筋直徑的較大大值，四級不宜大大于300mm。至少每隔一根縱向向鋼筋宜在兩個方方向由箍筋或拉筋筋約束；采用拉筋復(fù)合箍時時，拉筋應(yīng)有135度彎鉤，要緊靠縱縱筋并勾住箍筋。。柱非加密區(qū)的箍筋筋：除應(yīng)符合受剪承載載力外，其體積配配箍率不宜小于加加密區(qū)的50％；箍筋間距，不不大于加密區(qū)箍筋筋間距的2倍，且一、二級框框架柱不大于10倍縱向鋼筋直徑，，三、四級框架柱柱不大于15倍縱筋直徑。箍筋形式：與柱截面尺寸有關(guān)關(guān)，與配置的縱向向鋼筋根數(shù)有關(guān)，，盡量用復(fù)合箍筋筋?！镀椒ā反髽印镀椒ā反髽?、計算時角柱必須須在特殊梁柱菜單單中進(jìn)行定義9、需要加強(qiáng)配筋的的地方角柱、短柱以及軸軸壓比較大（或配配筋率較高）的柱柱。根據(jù)延性框架設(shè)計計理念：柱鋼筋可可以適當(dāng)放大！《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)規(guī)范》GB50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)規(guī)范》《建筑抗震設(shè)計規(guī)范范》GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范范》GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范范》GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范范》GB50011-2010《高層建筑混凝土土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》》JGJ3-2010《高層建筑混凝土土結(jié)構(gòu)技術(shù)