2022年柱及剪力墙配筋总结 .pdf
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1、精品文档交流框架柱及剪力墙结构设计2011年 02 月目录第一部分框架柱结构设计 . . 2 一、框架柱的受力特点 . . 2 二、框架柱的截面选择. 2 三、框架柱的构造要求. 4 四、框架柱配筋设计. 5 五、框架柱施工图的绘制方法. 6 六、框架柱设计容易出现的问题 . 7 第二部分剪力墙结构设计. 7 一、剪力墙的特点. 7 二、剪力墙布置. 9 三、剪力墙墙厚. 10 四、剪力墙配筋设计. 12 五、剪力墙施工图绘制的几点规定 . 18 六、剪力墙设计中容易出现的问题 . 19 第三部分用探索者软件辅助施工图绘制 . 20 一、TSSD 的特点 . . 20 二、使用 TSSD的要求
2、 . 20 三、TSSD 的主要设置参数 . . 20 四、TSSD 的实例 . . 21 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 21 页 - - - - - - - - - 精品文档交流第一部分框架柱结构设计一、框架柱的受力特点楼面荷载通过楼板传递到梁后,需要经过柱传递到基础, 荷载向下传递过程中对柱会产生压力, 因此受压是框架柱最重要的受力特点。楼面荷载在梁内传递过程中对梁会产生弯矩,为平衡梁端弯矩,柱也会受到弯矩的作用。此外,当结构受到风荷载或地震作用时,
3、框架柱还要传递剪力,以及剪力产生的弯矩。因此,框架柱受到的内力有压力、剪力及弯矩,图一是框架在竖向荷载下的受力简图。图一框架柱在竖向荷载作用下的内力简图二、框架柱的截面选择柱的截面选择与其受力特点有关,为保证柱在受压的前提下,还能发挥其抗剪、抗弯能力,需要将柱受到的压力限制在一定范围内,通常采用 轴压比 这个指标来定义这个限值。轴压比是一个比值, 其分子项为柱所受到的压力,分母项为柱的砼抗压能力, 计算公式为:轴压比 =N/fc*A 式中 N 为轴压力, A 为柱截面面积, fc*A 为承载力。以C25 砼 为 例 , 一 根 截 面 为 1000mmx1000mm 的 砼柱 , 其 受压 承
4、 载 力=fc*A=11.9x1000 x1000=11900000 N=11900 kN=1190 t,若此柱受到的压力为11900 kN,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
5、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 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -
6、 - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 21 页 - - - - - - - - - 精品文档交流框剪结构0.75 0.85 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
7、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
8、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 5.1.61 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,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
9、最大轴压比为0.940.81。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S1.2 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
10、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0.810.85,满足要求。若按不考虑地震作用,0.940.8%,满足要求。若按 08 规范扣除重叠部分箍筋体积,则v4x78.5x(600-2x30)x2/(291600 x100)=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
11、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名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 21 页 - - - -
12、 - - - - - 精品文档交流表示该框架柱角筋的面积不小于2.6 cm2,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,
13、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60X2120。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 可满足要求。2. 确定箍筋直径及间距:根据抗规6.3.7-2条,一级抗震柱箍筋直径不小于10,如取直径为 10, 则箍筋面积 4X78.5314230180120, 若实配10100/200(4) ,可满足加密区、节点域及非加密区的计算要求。(注:SATWE 箍筋计算结果已考虑体积配箍率)3. 确定纵筋根数及直径:该柱采用4 肢箍,因
14、此纵筋首先按4 根考虑,X 方向需要的纵筋直径为 900/4225,采用 418 即可,图三配筋为 225222,面积为 2X(490380)1740,偏大。Y 方向需要的纵筋直径为1800/4450,可采用 425,图三中 Y 方向配筋为面积也为 1740,略偏小。五、框架柱施工图的绘制方法目前结构施工图通常采用平法方法绘制,也就是按照国家标准图集 混凝土结构施工平面整体表示方法制图规则和构造详图 (03G101-1)绘制施工图, 框架柱采用平法绘制有两种方式, 截面注写和列表注写方式。 图三的框架柱施工图称为截面注写方式,更常用的是采用列表注写方式,如表三所示。表三框架柱表柱号标高bxh
15、角筋b 边一侧中部筋h 边一侧中部筋箍筋类型号箍筋KZ1 14.050 21.600 600 x600 4D25 2D22 2D22 1(4x4) d10100/200 对于某层框架柱,即使柱截面都相同,各柱的计算结果往往不同。截面不同,或截面相同但纵筋不同, 或截面纵筋相同但箍筋不同的各种计算结果,会导致框架柱编号种类繁多。为简化施工图绘制,要对框架柱进行归并,以下归并原则可供参考:1.截面相同编为同一主编号,如600X600 的柱都编号为 KZ1,并尽量使用相同肢数的箍筋,如都采用4X4 肢箍,纵筋或箍筋不同加副编号,如KZ1a,KZ1b。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -
16、- - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 21 页 - - - - - - - - - 精品文档交流2.纵筋都是构造配筋的柱编为同一个号,其它纵筋不同的柱可按20%的归并率编为同一个号。箍筋不同时编号原则类似。3.角柱最好编为同一个号。4.个别柱配筋(如楼梯间柱)或标高不同时也可在平面图中单独标注,不一定要列表表示。六、框架柱设计容易出现的问题1. 未考虑梁柱偏心影响:按抗规6.1.5 条,梁柱偏心较大时应计入偏心的影响。建模时应按实际偏心输入梁柱。2. 角柱定义:按抗规6.2.6 条,一、二、三、 四级抗震的角柱
17、,剪力及弯矩应至少放大 10%。应在 SAWTE 特殊构件定义菜单中的特殊柱一栏指定角柱,如图五。图五SATWE 特殊构件定义3. 角柱加密:按抗规6.3.9-1-4)条,一、二级框架的角柱应全高加密。4. 短柱加密:按抗规6.3.9-1-4)条,短柱应全高加密。 短柱的体积配箍率不应小于 1.2%,详抗规 6.3.9-3-3)条或高规 6.4.7条。什么是短柱:短柱是指剪跨比2 的框架柱, M/(Vh0) ,对于框架结构标准层,可取 Hn/(2 h0) ,也就是说,柱净高度小于柱截面高度的4 倍时,即为短柱。特别注意楼梯间框架柱,由于平台标高与楼面不同,很容易形成短柱。5. 短柱轴压比:短柱
18、的轴压比限值要求更严格, 具体规定详抗规 6.3.6 条的注解 2。6. 核心区箍筋计算值大于加密区,要注意表达核芯区箍筋。列表中可增加一列表示核芯区箍筋,相差不多时也可将加密区箍筋增大。7. 纵筋根数与箍筋肢数:列表平法图不表示柱钢筋的具体位置,建议纵筋根数与箍筋肢数相同,保证钢筋肢距不容易出错。第二部分剪力墙结构设计一、剪力墙的特点(一)从框架柱到剪力墙顾名思义,剪力墙是抵抗剪力的墙体。 剪力可能由风力或地震产生,当剪力由地震引起时,称为抗震剪力墙或简称抗震墙。墙体可以采用各种结构材料,如砌体或钢筋混凝土,本文仅讨论钢筋混凝土抗震墙,下文所出现的剪力墙一词均指钢筋混凝土抗震墙。从字面上看,
19、剪力墙是为抵抗剪力而设置的,实际上,结构受到的剪力越大,说明水平荷载(风力或地震作用)越大,当建筑物较高时,结构对抵抗变形的要求要高于对抵抗剪力的要求。以一根高度为H 的悬臂梁受到均布荷载q 为例(图六),其顶点位移和基底剪力分别为:结构顶点位移: qH4/(48EI) 结构底部剪力: V=qH 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 21 页 - - - - - - - - - 精品文档交流图六悬臂梁受到均匀荷载作用从上式可以看出,结构底部剪力与结构高度H 成正
20、比,顶点位移则与结构高度H的 4 次方成正比。 当结构高度增大, 结构位移会急剧增大, 因此水平荷载对结构的影响更主要的是体现在结构位移上。另一方面, 结构通过其刚度来抵抗变形,结构变形与刚度成反比,刚度( EI)则由材料弹性模量和截面惯性矩决定。对于高层建筑,为抵抗水平荷载下的巨大变形, 结构构件截面必须具有很大的惯性矩。剪力墙的惯性矩要远远大于框架柱,以400X400 的框架柱和 400X3000 的剪力墙为例(图七)说明二者的差别。图七框架柱和剪力墙截面二者的惯性矩分别为:柱:Ibh3/12=0.44/12=0.002m4剪力墙: I=0.4X33/120.9 m4,6.25/0.010
21、8422 惯性矩与截面高度的3 次方成正比,剪力墙的刚度是框架柱的400 倍以上,即使剪力墙厚度减小为200,刚度仍为框架柱的200倍多。因此,高层建筑结构通常需要设置剪力墙。平面外刚度: 上述剪力墙惯性矩I=0.9m4是按 b=0.4m,h=3.0m 计算出来的,截面高度 h 取的是剪力墙墙长方向的尺寸,刚度EI 称为剪力墙平面内刚度。若取截面高度为剪力墙墙厚方向,相应的刚度称为平面外刚度,此时惯性矩I=3X0.43/120.016 m4,0.016/0.9=0.0178 也就是说,剪力墙平面外刚度只有平面内刚度的1/56。由于剪力墙平面外刚度远远小于平面内刚度, 结构分析中, 通常忽略其平
22、面外刚度, 认为剪力墙只承担平面内方向的水平荷载。水平荷载(风或地震作用)往往沿结构两个方向(X 和 Y)发生,因此结构必须在两个方向都设置剪力墙。(二)剪力墙的特点从形状上看, 剪力墙可看作一面竖向放置的楼板,从抵抗竖向力的角度来说, 它可以看作拉长了的框架柱,从抵抗侧向力的角度来说,它可以看作一根竖向悬臂梁。与楼板相似, 由于表面积较大, 剪力墙容易出现温度收缩裂缝,因此剪力墙通常配置有双层双向的分布筋。与框架柱类似, 为保证受压构件在竖向力作用下具有一定的延性,剪力墙也要控制轴压比。与框架柱相比,剪力墙受压时具有以下不同点:第一,剪力墙需要发挥的作用更大,因此 轴压比 要求比框架柱更严。
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