框架柱截面设计 土木工程毕业设计

第九章 框架柱截面设计第一节 设计参数根据混凝土结构设计规范(GB50010-2010), 11.4.1-11.4.5的规定，为满足强柱弱梁的抗震设计目标，需根据梁端弯矩调整柱端弯矩设计值，即按下式计算：。但是框架顶层柱和轴压比小于0.15的柱时不按上式确定弯矩设计值，而直接取最不利内力组合弯矩计算作为设计值。在设计角柱时，弯矩设计值应按调整后的组合弯矩设计值在乘以不小于1.1的增大系数。根据混凝土结构设计规范(GB50010-2010), 6.2.3-6.2.5的规定，弯矩作用平面内截面对称的偏心受压构件，当同一主轴方向的杆端弯矩比不大于0.9且轴压比不大于0.9时，若构件的长细比满足公式的要求，可不考虑附加弯矩影响。当构件按单曲率弯曲时，取正值，否则取负值。考虑轴向压力在挠曲杆件中产生的二阶效应后控制截面弯矩设计值应按下列公式计算： （6.2.4-1） （6.2.4-2） （6.2.4-3） （6.2.4-4）式中：Cm构件端截面偏心距调节系数，当小于0.7时取0.7； 弯矩增大系数； N 与弯矩设计值M2相应的轴向压力设计值； c截面曲率修正系数，当计算值大于1.0时取1.0；一、截面设计资料截面尺寸： 中柱： 400mm500mm混凝土强度等级：C30 ，钢筋强度等级：HRB400 二、框架柱的轴压比验算 经比较，框架柱B在各种内力组合下，底层柱的轴力最大，其值为Nmax=925.48KN。,截面满足抗震作用下的延性要求。三、最小配筋率要求混凝土11412 框架柱和框支柱的钢筋配置，应符合下列要求：1. 三级抗震结构中柱和边柱，框架柱和框支柱中全部纵向受力钢筋的配筋率不应小于0.75，同时，每一侧的配筋百分率不应小于0.2。框架柱和框支柱中全部纵向受力钢筋的最小配筋面积每一侧钢筋的最小配筋面积2. 三级抗震结构框架柱和框支柱上、下两端箍筋应加密，加密区的箍筋最大间距纵向钢筋直径的8倍和150mm（柱跟100mm）中的较小值，和箍筋最小直径应大于8mm。第二节 框架柱截面设计一、框架柱正截面承载力计算（一）框架柱B柱顶层正截面配筋计算（对称配筋）1最不利内力组合框架柱的界限轴力为而该层框架柱KZB的最大轴力为,属于大偏压构件，起控制作用的是轴力越小、弯矩越大的内力组合。由规范可知，对于对于的柱，承载力抗震调整系数,的柱，承载力抗震调整系数，为了方便判别，把轴压比的界限0.15转变为轴力值，当轴压比时对应的轴力值为：,故当N394.68KN时，经比较，可得出如下一组最不利内力： 2内力计算偏心距：附加偏心距：则初始偏心距：,因此，不需要考虑附加弯矩影响。由公式，可得应按最小配筋率配筋，根据构造要求，纵向钢筋采取对称配筋。沿短边方向每侧配3C18，单侧配筋面积沿长边方向每侧加配2C16，单侧配筋面积总配筋面积，满足最小配筋率要求，查表得垂直于弯矩作用平面的承载力满足要求。(二）框架柱B柱二层正截面配筋计算1.最不利内力组合而该层框架柱KZB的最大轴力为,属于大偏压构件，起控制作用的是轴力越小、弯矩越大的内力组合。由规范可知，对于对于的柱，承载力抗震调整系数,的柱，承载力抗震调整系数，为了方便判别，把轴压比的界限0.15转变为轴力值，当轴压比时对应的轴力值为：,故当N394.68KN时，经比较，可得出如下一组最不利内力： 按强柱弱梁要求调整柱端弯矩设计值：调整后二层柱顶弯矩设计值为：2.内力计算偏心距：附加偏心距：则初始偏心距：,因此，需要考虑附加弯矩影响。，取，取弯矩设计值：由公式，可得应按最小配筋率配筋，根据构造要求，纵向钢筋采取对称配筋。沿短边方向每侧配2C25+1C22，沿长边方向每侧加配2C16构造筋总配筋面积，满足最小配筋率要求。，查表得垂直于弯矩作用平面的承载力满足要求。(三)框架柱B柱一层配筋计算1.最不利内力组合而该层框架柱KZB的最大轴力为,属于大偏压构件，起控制作用的是轴力越小、弯矩越大的内力组合。由规范可知，对于对于的柱，承载力抗震调整系数,的柱，承载力抗震调整系数，为了方便判别，把轴压比的界限0.15转变为轴力值，当轴压比时对应的轴力值为：,故当N394.68KN时，正截面配筋计算（对称配筋）经比较，可得出如下一组最不利内力： 对底层柱进行弯矩调整根据混凝土11.4.2规定，三级抗震等级框架结构的底层，柱下端的弯矩设计值，应乘以增大系数1.3。调整后一层柱底弯矩设计值为：2.内力计算偏心距：附加偏心距：则初始偏心距：,因此，不需要考虑附加弯矩影响。由公式，可得应按最小配筋率配筋，根据构造要求，纵向钢筋采取对称配筋。沿短边方向每侧配3C18，单侧配筋面积沿长边方向每侧加配2C16，单侧配筋面积总配筋面积，满足最小配筋率要求，查表得垂直于弯矩作用平面的承载力满足要求。二、斜截面配筋计算（一）构造要求地震作用下，构件受剪时的抗剪承载力抗震调整系数，非抗震设计时，轴力N提高抗剪强度值为0.07N，抗震时轴力N提高抗剪强度值为。当压力时，取N=858KN。选取剪力大且轴力小的为最不利效应组合。根据混凝土结构设计规范GB50010-2010第11.4.3条规定，对于三级抗震等级的框架结构，须按进行强剪弱弯的调整。因非抗震组合斜截面抗剪承载力计算公式与抗震组合的计算公式不同，现分开计算，取配筋量大的结果进行配筋。混凝土11.4.12规定，三级抗震结构柱端箍筋加密区箍筋最大间距为纵向钢筋直径的8倍和150（柱根100）中的较小值，箍筋最小直径为8mm。（二）三层柱斜截面配箍计算1三层柱加密区配箍计算（1)非地震组合非地震组合最不利内力组合,取柱净高：剪跨比计算：，取剪压比限值：，减压比满足要求。验算是否按计算配置箍筋：因此，不需要按计算配置箍筋，只需按构造配置箍筋。加密区最大箍筋间距现采用复合箍，选配箍筋为8100，验算其是否满足构造要求：轴压比：，查混凝土11.4.17规定， 满足最小配箍率要求。（2）地震组合地震组合最不利内力组合 ，取剪跨比计算：，取。剪压比限值：，因此，剪压比满足要求。验算是否按计算配置箍筋：因此，不需要按计算配置箍筋，只需按构造配置箍筋。加密区最大箍筋间距现采用复合箍，选配箍筋为8100（34），验算其是否满足构造要求：轴压比：，查混凝土11.4.17规定， 满足最小配箍率要求。三层柱顶端箍筋加密区长度：，为了施工方便取加密区长度为600mm。2非加密区配箍计算非加密区配箍不用进行剪力调整，直接取最不利内力组合进行配筋计算（1）非地震组合,取柱净高：剪跨比计算：，取剪压比限值：，减压比满足要求。验算是否按计算配置箍筋：因此，不需要按计算配置箍筋，只需按构造配置箍筋。现采用复合箍，选配箍筋为8200（34），验算其是否满足构造要求：验算柱的体积配箍率：轴压比：，查混凝土11.4.17规定， 满足最小配箍率要求。（2）地震组合地震组合最不利内力组合,取柱净高：剪跨比计算：，取剪压比限值：，剪压比满足要求。验算是否按计算配置箍筋：因此，不需要按计算配置箍筋，只需按构造配置箍筋。现采用复合箍，选配箍筋为8200（34），验算其是否满足构造要求：验算柱的体积配箍率：轴压比：，查混凝土11.4.17规定， 满足最小配筋率要求。（三）二层柱斜截面配箍计算1二层柱加密区配箍计算（1）非地震组合非地震组合最不利内力组合,取柱净高：剪跨比计算：，取剪压比限值：，剪压比满足要求。验算是否按计算配置箍筋：因此，不需要按计算配置箍筋，只需按构造配置箍筋。加密区最大箍筋间距现采用复合箍，选配箍筋为8100（34），验算其是否满足构造要求：轴压比：，查混凝土11.4.17规定， 满足最小配箍率要求。（2）地震组合地震组合最不利内力组合 ，取剪跨比计算：，取。剪压比限值：，剪压比满足要求。验算是否按计算配置箍筋：因此，不需要按计算配置箍筋，只需按构造配置箍筋。加密区最大箍筋间距现采用复合箍，选配箍筋为8100（34），验算其是否满足构造要求：轴压比：，查混凝土11.4.17规定， 满足最小配箍率要求。二层柱顶端、底端箍筋加密区长度：，为了施工方便取加密区长度为600mm。2非加密区配箍计算非加密区配箍不用进行剪力调整，直接取最不利内力组合进行配筋计算(1)非地震组合,取柱净高：剪跨比计算：，取剪压比限值：，减压比满足要求。验算是否按计算配置箍筋：因此，不需要按计算配置箍筋，只需按构造配置箍筋。现采用复合箍，选配箍筋为8200（34），验算其是否满足构造要求：验算柱的体积配箍率：轴压比：，查混凝土11.4.17规定， 满足最小配箍率要求。(2)地震组合地震组合最不利内力组合,取柱净高：剪跨比计算：，取剪压比限值：，剪压比满足要求。验算是否按计算配置箍筋：因此，不需要按计算配置箍筋，只需按构造配置箍筋。现采用复合箍，选配箍筋为8200（34），验算其是否满足构造要求：验算柱的体积配箍率：轴压比：，查混凝土11.4.17规定， 满足最小配筋率要求。（四）一层柱斜截面配箍计算1一层柱加密区配箍计算（1）非地震组合非地震组合最不利内力组合,取柱净高：剪跨比计算：，取剪压比限值：，剪压比满足要求。验算是否按计算配置箍筋：因此，不需要按计算配置箍筋，只需按构造配置箍筋。加密区最大箍筋间距现采用复合箍，选配箍筋为8100（34），验算其是否满足构造要求：轴压比：，查混凝土11.4.17规定， 满足最小配箍率要求。（2）地震组合地震组合最不利内力组合 ，取剪跨比计算：，取。剪压比限值：，剪压比满足要求。验算是否按计算配置箍筋：因此，不需要按计算配置箍筋，只需按构造配置箍筋。加密区最大箍筋间距现采用复合箍，选配箍筋为8100（34），验算其是否满足构造要求：轴压比：，查混凝土11.4.17规定， 满足最小配箍率要求。一层柱顶端箍筋加密区长度：，为了施工方便取加密区长度为600mm。一层柱底端箍筋加密区长度：，为了施工方便取加密区长度为1600mm。2非加密区配箍计算非加密区配箍不用进行剪力调整，直接取最不利内力组合进行配筋计算。（1）非地震组合,取柱净高：剪跨比计算：，取剪压比限值：，减压比满足要求。验算是否按计算配置箍筋：因此，不需要按计算配置箍筋，只需按构造配置箍筋。现采用复合箍，选配箍筋为8200（34），验算其是否满足构造要求：验算柱的体积配箍率：轴压比：，查混凝土11.4.17规定， 满足最小配箍率要求。（2）地震组合地震组合最不利内力组合,取柱净高：剪跨比计算：，取剪压比限值：，剪压比满足要求。验算是否按计算配置箍筋：因此，不需要按计算配置箍筋，只需按构造配置箍筋。现采用复合箍，选配箍筋为8200（34），验算其是否满足构造要求：验算柱的体积配箍率：轴压比：，查混凝土11.4.17规定， 满足最小配筋率要求。三、BD轴轴框架梁柱节点核芯区验算在竖向荷载和地震的作用下，梁柱核芯区受力比较复杂，但主要是压力和剪力，本计算在已有配筋情况下，依据混凝土结构技术规范（GB 500102010）11.6.1条：一、二、三级抗震等级的框架应进行节点核芯区抗震受剪承载力验算。（一）节点核芯区剪力设计值计算B3节点核芯区剪力设计值依据混凝土结构技术规范（GB 500102010）11.6.2-2式有：（二）梁柱节点核心区抗震设计混凝土结构设计规范（GB50010-2010）11.6.2条规定：一、二、三级框架梁柱节点核心区组合剪力设计值，应按下列公式确定：节点剪力增大系数，对于框架结构，三级取1.20。顶层中间节点和端节点：1B顶层梁柱节点核心区配箍计算B3节点核芯区剪力设计值梁端弯矩之和：计算所需配置的箍筋：故采用与柱加密区箍筋相同，配箍筋A8100。根据混凝土结构设计规范GB50010-2010第11.6.8条规定：对一、二、三级抗震等级的框架节点核芯区，配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10和0.08，且其箍筋体积配筋率分别不宜小于0.6%、0.5%和0.4%。箍筋体积配箍率：配箍特征值：，满足要求。B3节点核心区剪压比验算：，满足要求。