《关于柱的设计》PPT课件.ppt

1、框架柱的布置框架柱的布置 一般在建筑资料图中，建筑师已经根据房间的布一般在建筑资料图中，建筑师已经根据房间的布局要求，初步拟定了柱子的位置，结构师需要做的工局要求，初步拟定了柱子的位置，结构师需要做的工作是从技术、经济的角度校核它的合适性。作是从技术、经济的角度校核它的合适性。为了满足建筑功能要求、实现建筑设计效果，对为了满足建筑功能要求、实现建筑设计效果，对于建筑专业提供的主柱网很少做大规模的调整，但是于建筑专业提供的主柱网很少做大规模的调整，但是对于局部柱网，常常会根据结构需要做适当的调整。对于局部柱网，常常会根据结构需要做适当的调整。框架柱的布置框架柱的布置 在建筑物周边的在建筑物周边的主轴线上尽可能设柱主轴线上尽可能设柱，避免有较大跨度的悬挑结构；，避免有较大跨度的悬挑结构；在结构缝的两侧尽可能设柱，使相邻两部分建筑物分开；在结构缝的两侧尽可能设柱，使相邻两部分建筑物分开；在框架柱的纵横两个方向，尽可能对应设柱，满足柱子双向支承要求；在框架柱的纵横两个方向，尽可能对应设柱，满足柱子双向支承要求；在楼梯间、电梯间四周角部尽可能设柱，（在楼梯间、电梯间四周角部尽可能设柱，（1）可以加强楼层平面位置）可以加强楼层平面位置由于楼梯间、电梯间的开洞引起的较大刚度削弱；（由于楼梯间、电梯间的开洞引起的较大刚度削弱；（2）面由于楼梯间、）面由于楼梯间、电梯间周围均须有大量墙体填充，支承梁上作用的荷载较大，设柱以后电梯间周围均须有大量墙体填充，支承梁上作用的荷载较大，设柱以后梁直接支承在框架柱上，可以简化梁的设计；（梁直接支承在框架柱上，可以简化梁的设计；（3）不影响建筑的使用）不影响建筑的使用功能。功能。规则框架受力合理、理论计算成熟、设计简单。规则框架受力合理、理论计算成熟、设计简单。几种特殊情况下的框架柱布置几种特殊情况下的框架柱布置n在一些造型比较活泼、体形比较在一些造型比较活泼、体形比较复杂的建筑中，常常会出现以下复杂的建筑中，常常会出现以下一些情形：一些情形：为满足建筑底层的使用功能需要为满足建筑底层的使用功能需要（如公共建筑中设置的底层商场、（如公共建筑中设置的底层商场、会展中心等），主体框架部分柱会展中心等），主体框架部分柱不落地直接支承在楼面梁上。不落地直接支承在楼面梁上。几种特殊情况下的框架柱布置几种特殊情况下的框架柱布置 为满足建筑顶层的使用功能为满足建筑顶层的使用功能需要（如中小学建筑中常见需要（如中小学建筑中常见的风雨球场），主体框架部的风雨球场），主体框架部分柱不上升至屋面。分柱不上升至屋面。几种特殊情况下的框架柱布置几种特殊情况下的框架柱布置 为满足建筑中间楼层的使用功能需要，主体框架部分柱在中间楼层中断，为满足建筑中间楼层的使用功能需要，主体框架部分柱在中间楼层中断，这些类型的框架在竖向柱子拉不通，因此在垂直方向均存在着一个刚度突这些类型的框架在竖向柱子拉不通，因此在垂直方向均存在着一个刚度突变的问题，荷载作用下应力集中现象严重，存在薄弱层、薄弱部位，对抗变的问题，荷载作用下应力集中现象严重，存在薄弱层、薄弱部位，对抗震不利。属于受力不合震不利。属于受力不合理的结构形式，习惯上理的结构形式，习惯上称之为称之为非规则框架。非规则框架。相相对于规则框架，非规则对于规则框架，非规则框架结构设计要复杂得框架结构设计要复杂得多，多，设计中尽可能少采设计中尽可能少采用。用。突出屋面小塔楼的框架柱布置突出屋面小塔楼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会设因建筑使用功能地需要，在建筑物的主屋面之上常常会设置一些辅助性用房，如楼梯间、电梯机房或其它设备用房，这置一些辅助性用房，如楼梯间、电梯机房或其它设备用房，这些辅助用房习惯上称之为小塔楼。些辅助用房习惯上称之为小塔楼。对于需要对于需要抗震设防抗震设防的建筑物来说，由于小塔楼的重量的建筑物来说，由于小塔楼的重量和刚度相对于主体结构都突然变小，地震时产生的鞭和刚度相对于主体结构都突然变小，地震时产生的鞭端效应会加剧小塔楼的破坏，端效应会加剧小塔楼的破坏，因此框架柱必须伸至小因此框架柱必须伸至小塔楼顶；塔楼顶；对于对于不需要抗震设防的建筑物不需要抗震设防的建筑物，有时为方便，有时为方便设计，设计，常常把小塔楼做成混合结构常常把小塔楼做成混合结构，即主框架柱伸至，即主框架柱伸至主屋面，小塔楼的重量全部由屋面梁来承担主屋面，小塔楼的重量全部由屋面梁来承担电梯间的框架柱布置电梯间的框架柱布置电梯井道的设置是为了满足电梯在垂直方向的运行要求，由于电电梯井道的设置是为了满足电梯在垂直方向的运行要求，由于电梯运行存在着一定的危险性，因此井道与其它房间之间必须用墙体隔梯运行存在着一定的危险性，因此井道与其它房间之间必须用墙体隔离。工程设计中，井道周边的墙体有采用钢筋混凝土结构的，也有采离。工程设计中，井道周边的墙体有采用钢筋混凝土结构的，也有采用砌体填充墙的。用砌体填充墙的。对于需要抗震设防的建筑物来说，井道周边的墙体采用砌体填充对于需要抗震设防的建筑物来说，井道周边的墙体采用砌体填充墙更合适。墙更合适。原因如下：如井道周边的墙体采用钢筋混凝土结构，由于原因如下：如井道周边的墙体采用钢筋混凝土结构，由于墙体落地面积所占的比例较小，达不到框架墙体落地面积所占的比例较小，达不到框架-剪力墙结构中有关剪力剪力墙结构中有关剪力墙的最小落地面积要求，仍属于框架结构。因此井道周边的钢筋混凝墙的最小落地面积要求，仍属于框架结构。因此井道周边的钢筋混凝土墙体不能进入结构计算，只能按照构造要求进行钢筋配置。当建筑土墙体不能进入结构计算，只能按照构造要求进行钢筋配置。当建筑物受到地震作用时，由于电梯井道钢筋混凝土墙体的刚度远大于一般物受到地震作用时，由于电梯井道钢筋混凝土墙体的刚度远大于一般框架柱的刚度，故它将承担较大的地震作用，有可能首先破坏。框架柱的刚度，故它将承担较大的地震作用，有可能首先破坏。2、柱截面尺寸估算、柱截面尺寸估算 柱截面根据不同的使用要求，可以选择不同的截面形式。柱截面根据不同的使用要求，可以选择不同的截面形式。在现浇钢筋混凝土结构中，为方便施工，柱的截面形式常采在现浇钢筋混凝土结构中，为方便施工，柱的截面形式常采用矩形（或正方形）和圆形，且以矩形（或正方形）截面形式居用矩形（或正方形）和圆形，且以矩形（或正方形）截面形式居多，特殊情况下也采用异形柱多，特殊情况下也采用异形柱（如（如L形、十字形、形、十字形、T形等），形等），有关有关异形柱框架结构的设计须符合混凝土异形柱结构技术规程异形柱框架结构的设计须符合混凝土异形柱结构技术规程（JGJ149-2006）的要求。）的要求。柱截面尺寸预估的一般步骤是：先由柱的轴压比确定柱的柱截面尺寸预估的一般步骤是：先由柱的轴压比确定柱的截面面积，再由柱的高宽比要求确定柱的截面宽度截面面积，再由柱的高宽比要求确定柱的截面宽度b和高度和高度h（圆（圆柱为直径），并满足模数尺寸要求。柱为直径），并满足模数尺寸要求。满足柱轴压比的要求（仅抗震设计有要求）满足柱轴压比的要求（仅抗震设计有要求）轴压比轴压比是指柱截面考虑地震作用组合的轴向力设计值是指柱截面考虑地震作用组合的轴向力设计值N与柱的全与柱的全截面面积截面面积Ac和混凝土轴心抗压强度设计值和混凝土轴心抗压强度设计值fc乘积的比值。乘积的比值。轴压比限值：根据抗震规范取用。轴压比限值：根据抗震规范取用。N 轴向力设计值，近似计算方法如下：轴向力设计值，近似计算方法如下：A-柱截面受荷载作用，按居中面积计算；柱截面受荷载作用，按居中面积计算；q单位面积建筑物荷重标准值，与柱网间距、单位面积建筑物荷重标准值，与柱网间距、楼面（屋面）使用活荷载、填充墙材料和布楼面（屋面）使用活荷载、填充墙材料和布置等置等多种因素有关，柱截面估算时近似多种因素有关，柱截面估算时近似取值取值1114kN/m2；建筑抗震建筑抗震设计规设计规范范规规定，定，钢钢筋混凝土筋混凝土框架框架结结构房屋构房屋应应根根据据抗震抗震设设防烈度、房屋高度、建筑物的重要性、所在防烈度、房屋高度、建筑物的重要性、所在场场地地类类别别，采用不同的抗震等采用不同的抗震等级级，并，并应应符合相符合相应应的的计计算和构造措施算和构造措施要求。要求。框架框架结结构抗震等构抗震等级级共有四个，一共有四个，一级对级对延性要求最高，二延性要求最高，二级级次次之，四之，四级级要求最低。要求最低。抗震规范抗震规范 GB50011-2010表格说明表格说明 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB50010-2010建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范 GB50011-2010 满足柱的剪跨比要求满足柱的剪跨比要求控制柱的剪跨比主要是为了保证柱的延性，工程设计中，为简化计算一控制柱的剪跨比主要是为了保证柱的延性，工程设计中，为简化计算一般通过控制柱的般通过控制柱的长细比长细比4（又称长柱）（又称长柱）来实现。来实现。Hn框架柱净高，单位框架柱净高，单位mm；h0框架柱截面长边方向计算高度，框架柱截面长边方向计算高度，h0=h-40，单位，单位mm。实际工程中，由于层间梁的设置（如楼梯间框架柱）、轴压比的实际工程中，由于层间梁的设置（如楼梯间框架柱）、轴压比的控制，总有各别柱不能满足长柱的构造要求而成为短柱控制，总有各别柱不能满足长柱的构造要求而成为短柱2.0)、极短、极短柱柱(1.5)，此时常通过提高柱混凝土的强度等级、增加配筋率，此时常通过提高柱混凝土的强度等级、增加配筋率（主要是箍筋）等措施来提高框架柱的延性。（主要是箍筋）等措施来提高框架柱的延性。满足柱截面尺寸的最小要求满足柱截面尺寸的最小要求 框架柱的截面宽度和高度均不宜小于框架柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm，圆柱的截面，圆柱的截面直径不宜小于直径不宜小于350mm；柱的截面高度与宽度的比值不宜大于；柱的截面高度与宽度的比值不宜大于3。为方便施工，柱截面宽度一般不小于框架主梁截面宽度为方便施工，柱截面宽度一般不小于框架主梁截面宽度+100mm，通常在，通常在(115120)H之间，其中之间，其中H为底层柱柱为底层柱柱高，可取基础顶面（或室外地面下）至一层楼板面间距离。高，可取基础顶面（或室外地面下）至一层楼板面间距离。建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范GB50011-2010混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB50010-2010 对柱截面尺寸没有规定对柱截面尺寸没有规定 高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2010关于异形柱框架结构关于异形柱框架结构混凝土异形柱结构技术规程混凝土异形柱结构技术规程(JGJ149-2006(JGJ149-2006）异形柱框架结构适用的最大高度：异形柱框架结构适用的最大高度：非抗震设计：非抗震设计：24m24m6 6度度(设计基本地震加速度）：设计基本地震加速度）：24m24m7度度(设计基本地震加速度）：设计基本地震加速度）：21m7度度(设计基本地震加速度）：设计基本地震加速度）：18m8度度(设计基本地震加速度）：设计基本地震加速度）：12m高层建筑不能采用纯异形柱框架结构高层建筑不能采用纯异形柱框架结构工程设计中，高层建筑也采用个别异形柱的框架结构工程设计中，高层建筑也采用个别异形柱的框架结构 多层建筑异形柱框架结构的设计方法介绍多层建筑异形柱框架结构的设计方法介绍混凝土异形柱结构技术规程混凝土异形柱结构技术规程(JGJ149-2006）异形柱形式异形柱形式L形、形、T形、十字形，且截面各肢的肢高形、十字形，且截面各肢的肢高 与肢厚比不大于与肢厚比不大于4。异异形形柱柱截截面面尺尺寸寸墙墙肢肢厚厚度度不不应应小小于于200200，墙墙肢肢高高度度不不应应小于小于500500。梁梁截截面面尺尺寸寸高高度度（1/101/15）计计算算跨跨度度，非非抗抗震震时时不宜小于不宜小于350，抗震时不宜小于，抗震时不宜小于400；梁的净跨与截面高度的比值不宜小于梁的净跨与截面高度的比值不宜小于4；梁的截面宽度不宜小于截面的梁的截面宽度不宜小于截面的1/4和和200。构造要求构造要求混凝土强度等级不应小于混凝土强度等级不应小于C25，且不高于，且不高于C50 多层建筑异形柱框架结构的设计方法介绍多层建筑异形柱框架结构的设计方法介绍平面布置平面布置同一般的框架结构同一般的框架结构（配配合合建建筑筑墙墙体体位位置置，在在平平面面上上尽尽可可能能均均匀匀、对对称称、周周遍布置，在竖向尽可能连续布置）遍布置，在竖向尽可能连续布置）结构计算结构计算STWER STWER 配筋及构造配筋及构造-比较一般的框架结构要求要严格比较一般的框架结构要求要严格混凝土异形柱结构技术规程混凝土异形柱结构技术规程(JGJ149-2006）施工施工梁柱平接，注意梁、柱核心处的施工质量梁柱平接，注意梁、柱核心处的施工质量3、柱、柱上荷载选用与输入上荷载选用与输入（1）楼面恒载的取值）楼面恒载的取值 楼面梁（程序自动导算）、楼面梁（程序自动导算）、其他作用在柱上荷载其他作用在柱上荷载PMCAD建筑建模与荷载输入建筑建模与荷载输入荷载输入荷载输入柱上荷载柱上荷载柱上恒载柱上恒载（2）屋面恒载的取值）屋面恒载的取值 屋面梁（程序自动导算）、屋面梁（程序自动导算）、其他作用在柱上荷载其他作用在柱上荷载PMCAD建筑建模与荷载输入建筑建模与荷载输入荷载输入荷载输入柱上荷载柱上荷载柱上恒载柱上恒载（3）楼面活载的取值）楼面活载的取值 楼面梁（程序自动导算）、楼面梁（程序自动导算）、其他作用在柱上荷载其他作用在柱上荷载PMCAD建筑建模与荷载输入建筑建模与荷载输入荷载输入荷载输入柱上荷载柱上荷载柱上活载柱上活载（4）屋面活载的取值）屋面活载的取值 屋面梁（程序自动导算）、屋面梁（程序自动导算）、其他作用在柱上荷载其他作用在柱上荷载PMCAD建筑建模与荷载输入建筑建模与荷载输入荷载输入荷载输入柱上荷载柱上荷载柱上活载柱上活载 4、计算简图、计算简图底部固接，其他刚接，底部固接，其他刚接，计算长度？计算长度？老规范老规范 4、计算简图、计算简图底部固接，其他刚接，底部固接，其他刚接，计算长度？计算长度？老规范老规范新规范新规范教材：教材：P144 P144 (1)(1)刚性：刚性：指一物体只能发生平移和转动，而不发生其它弹性变形。指一物体只能发生平移和转动，而不发生其它弹性变形。(2)(2)弹性节点：弹性节点：指结构标准层中不与楼指结构标准层中不与楼板相连接的柱节点。板相连接的柱节点。如存在弹性节点，则如存在弹性节点，则对修改计算长度系数菜对修改计算长度系数菜单中，对柱的长度系数单中，对柱的长度系数应进行修改。应进行修改。5、柱配筋计算结果输出合理性的判别：、柱配筋计算结果输出合理性的判别：轴压比是否超限轴压比是否超限（仅抗震设计有要求）；（仅抗震设计有要求）；按照我国的实际情况，最大配筋率为按照我国的实际情况，最大配筋率为5%，通常控制在，通常控制在3%以下以下柱配筋率为超过柱配筋率为超过3%，考虑采用焊接箍筋。，考虑采用焊接箍筋。6、柱子钢筋选择、柱子钢筋选择钢筋种类钢筋种类-纵向钢筋：纵向钢筋：II级钢筋、级钢筋、III级、级、VI级钢筋，直径级钢筋，直径=10 通常框架柱主筋，通常框架柱主筋，16=直径直径=25 箍筋箍筋-I级钢筋、级钢筋、II级、级、III级、级、VI级钢筋级钢筋 通常框架柱箍筋直径为通常框架柱箍筋直径为8，必要时采用，必要时采用10、12 一般构造柱箍筋直径采用一般构造柱箍筋直径采用6 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB50010-2010HRB：普通热轧带肋钢筋；：普通热轧带肋钢筋；HRBF：普通热轧细晶粒带肋钢筋；：普通热轧细晶粒带肋钢筋；HPB：普通热轧光圆钢筋；：普通热轧光圆钢筋；RRB：余热处理钢筋。：余热处理钢筋。程序计算时，框架柱纵筋的程序计算时，框架柱纵筋的钢筋种类、设计强度钢筋种类、设计强度由设计人员输入。由设计人员输入。混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB50010-2010 程序计算时，框架柱纵筋的程序计算时，框架柱纵筋的钢筋种类、设计强度钢筋种类、设计强度由设计人员输入。由设计人员输入。混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB50010-20107、需要注意的地方、需要注意的地方对称配置纵向钢筋：能拉通配置的地方，通过钢筋直径的调整，对称配置纵向钢筋：能拉通配置的地方，通过钢筋直径的调整，尽可能拉通配置，方便施工。尽可能拉通配置，方便施工。注意角筋的选择，必须满足计算要求。注意角筋的选择，必须满足计算要求。截面尺寸大于截面尺寸大于400mm的柱，纵筋间距不宜大于的柱，纵筋间距不宜大于200mm；最小净距不应小于最小净距不应小于50mm（增加）（增加）7、需要注意的地方、需要注意的地方 箍筋必须为封闭箍，并有箍筋必须为封闭箍，并有135度弯钩，弯钩要求与梁箍筋相同。度弯钩，弯钩要求与梁箍筋相同。柱箍筋加密区的箍筋肢距，一级不宜大于柱箍筋加密区的箍筋肢距，一级不宜大于200mm，二、三级不宜大，二、三级不宜大于于250mm和和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm。至少每隔一根纵向钢筋宜在两个方向由箍筋或拉筋约束；至少每隔一根纵向钢筋宜在两个方向由箍筋或拉筋约束；采用拉筋复采用拉筋复合箍时，拉筋应有合箍时，拉筋应有135度弯钩，要紧靠纵筋并勾住箍筋。度弯钩，要紧靠纵筋并勾住箍筋。柱非加密区的箍筋：柱非加密区的箍筋：除应符合受剪承除应符合受剪承载力外，其体积配箍率不宜小于加密载力外，其体积配箍率不宜小于加密区的区的50；箍筋间距，不大于加密区；箍筋间距，不大于加密区箍筋间距的箍筋间距的2倍，且一、二级框架柱不倍，且一、二级框架柱不大于大于10倍纵向钢筋直径，三、四级框倍纵向钢筋直径，三、四级框架柱不大于架柱不大于15倍纵筋直径。倍纵筋直径。箍筋形式：箍筋形式：与柱截面尺寸有关，与柱截面尺寸有关，与配置的纵向钢筋与配置的纵向钢筋根数有关，尽量用根数有关，尽量用复合箍筋。复合箍筋。平法大样平法大样平法大样平法大样8、计算时角柱必须在特殊梁柱菜单中进行定义、计算时角柱必须在特殊梁柱菜单中进行定义9、需要加强配筋的地方、需要加强配筋的地方角柱、短柱以及轴压比较大（或配筋率较高）的柱。角柱、短柱以及轴压比较大（或配筋率较高）的柱。根据延性框架设计理念：柱钢筋可以适当放大！根据延性框架设计理念：柱钢筋可以适当放大！混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB50010-2010混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范GB50011-2010建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范GB50011-2010建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范GB50011-2010建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范GB50011-2010高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010高层建筑混凝土高层建筑混凝土结构技术规程结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010高层建筑混凝土高层建筑混凝土结构技术规程结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-201010、柱配筋图、柱配筋图图纸名称图纸名称一般以建筑层来进行命名：一般以建筑层来进行命名：地下室柱配筋平面布置图地下室柱配筋平面布置图 底层柱配筋平面布置图底层柱配筋平面布置图 二层柱配筋平面布置图二层柱配筋平面布置图 三层柱配筋平面布置图三层柱配筋平面布置图 楼梯间出屋面柱配筋平面布置图楼梯间出屋面柱配筋平面布置图柱编号柱编号KZ1、KZ2、KZ2a