框架柱截面设计(抗震设计)
柱截面设计
14框架柱截面设计14.1 框架柱设计条件各层柱均选用C35，f c =16.7N/mm 2，f t =1.57N/mm 2，柱主筋选用HRB400，f y = f’y =360N/mm 2，箍筋选用HPB300，f y = f’y =270N/mm 2。
各层柱截面尺寸都为400mm ×400mm ， 混凝土临界相对受压区高度：ξb =β11+f yE s εcu=0.81+3602.06×105×0.0033=0.518本工程为现浇钢筋混凝土结构，抗震设防烈度为6度（0.05g ），高度＜24m ，按规范，抗震等级取为四级。
查抗震规范得，柱的轴压比应小于轴压比限值[0.90]。
本设计不考虑地震作用，且柱轴压比皆小于限值[0.90]。
14.2 框架柱正截面设计计算说明：①偏心受压构件不需要考虑附加弯矩影响（P-δ效应,挠曲二阶效应）的条件： •9.021≤M M ； •设计轴压比不大于0.9；•长细比满足：)/(1234/21M M i l c -≤式中：21M M 、——分别为已考虑侧移影响的偏心受压构件两端截面按结构弹性分析确定 的对同一主轴的组合弯矩设计值，绝对值较大的为2M ，绝对值较小端 为1M ，当构件按单曲率弯曲时，21/M M 取正值，否则取负值；l c——构件的计算长度，近似取偏心受压构件相应主轴方向上下支撑点之间 的距离；i ——偏心方向的截面回转半径。
②偏心受压构件，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计，应按下列公式计算：2M C M ns m η= 21/3.07.0M M C m +=c c a ns hl h e N M ςη202)(/)/(130011++=N A f c c /5.0=ς式中：m C ——构件端截面偏心调节系数，当小于0.7时取0.7；ns η——弯矩增大系数；N ——弯矩设计值2M 相应的轴向压力设计值；c ς——截面曲率修正系数，当计算值大于1.0时取1.0；a e ——附加偏心距，取20mm 和h /30两者中的较大值；h ——截面高度；0h ——截面有效高度； A ——构件截面面积；当ns m C η小于1.0时取1.0。
【土木建筑】5 多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计
➢ 装配式框架构件连接处易发生脆断，剖口焊接钢 筋处易拉断，焊接处后浇混凝土开裂或散落。
原因：节点受弯承载力不足，约束混凝土太少，梁 筋锚固长度不足及施工质量引起。
二、填充墙的震害
砌体填充墙刚度大而承载 力低，首先承受地震作用而遭 破坏。一般7度即出现裂缝，8 度和8度以上地震作用下，裂缝 明显增加，甚至部分倒塌，一 般是上轻下重，空心砌体墙重 于实心砌体墙，砌快墙重于砖 墙。
➢当框架-抗震墙结构有足够的抗震墙时,其框架部分是次要 抗侧力构件,可按框架-抗震墙结构中的框架确定抗震等级。 否则按框架结构确定等级。区分标准是看框架部分承受的地 震倾覆力矩是否大于结构总地震倾覆力矩的50%。
框架承受的地震倾覆力矩可按下式计算：
nm
Mc
Vijhi
i1 j1
M c --框架-抗震墙结构在基本振型地震作用下框架部分承受的地震倾
②抗震墙洞口上下对齐， 墙肢与连梁明确。一、 二级抗震墙底部加强 部位不宜有错洞墙。
③框支抗震墙宜少设，若设，抗震墙的截面 面积不应小于相邻上层抗震墙截面面积的 50%，框支层落地抗震间距不宜大于24m。
④底部两层框支抗震墙结构的布置宜对称， 且宜设置抗震筒体。
⑤落地抗震墙之间楼盖长宽比不应超过表5.3。
一、框架梁、柱的震害 梁柱变形能力不足，构件过早发生
破坏。一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底， 尤其是角柱和边柱更易发生破坏。
1、柱顶
柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或交叉 裂缝。重者混凝土压碎崩落，柱内箍筋拉 断，纵筋压曲成灯笼状。
主要原因：节点处弯矩、剪力、轴 力都较大，受力复杂，箍筋配置不足， 锚固不好等。
5、抗震缝的布置同第四章规定。
房屋建筑框架结构抗震设计要点
房屋建筑框架结构抗震设计要点摘要：如何从我国的地震环境和社会经济发展的实际情况出发，不断提高建筑结构抗震设计的水平，使之更安全可靠、更合理经济，是结构设计人员的重要任务。
本文阐述了框架结构抗震设计时应注意的问题，探讨了框架结构抗震设计几个要点。
关键词：房屋建筑框架结构抗震设计要点近年来中国房地产的迅猛发展给建筑业的发展带来了很大机遇和挑战，房地产市场的日趋成熟和完善要求建筑功能越来越多样性和复杂性，因此如何在满足建筑功能的同时设计出安全经济合理的结构体系对设计人员是一种不小的挑战，这就需要我们结构设计人员在设计过程中不断的总结和提高。
一、抗震设计应注意的问题中国地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广，是一个震灾严重的国家。
据统计，我国绝大部分地区均发生过较强的破坏性地震，给人民的生命和财产造成了非常大的损失，如2008年5月12日发生的汶川地震、2010年4月14日发生的玉树地震都造成了大量房屋倒塌、大量人员伤亡。
因此，抗震设计是结构设计人员的一大课题，把好抗震设计关，提高建筑物的抗震能力才是减轻地震灾害的根本措施。
1、结构的抗震设计还不能完全依赖“计算设计”，更应该重视“概念设计”。
概念设计是一种基于震害经验建立的抗震基本设计原则和思想。
其目标是避免出现会导致结构过早破坏的敏感薄弱部位。
结构抗震设计中特别要注意贯彻“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的设计原则，强柱弱梁就是要求柱的抗弯能力高于梁的抗弯能力，强剪弱弯就是防止构件受剪破坏，要求杆件的受剪承载力高于受弯承载力，强节点弱构件就是要防止节点破坏先于构件。
大量的工程设计中我们发现框架梁上部配筋一般比较大，这是因为考虑了梁翼缘作用和梁裂缝宽度验算后增加了较多梁纵向钢筋，从而增大了梁端的承载力，相对减小了柱端承载力，可能会形成“强梁弱柱”，这样做的后果就是地震发生时可能使得塑性铰出现在柱端而未按照预期出现在梁端部，我们的做法是严格控制梁端裂缝验算宽度刚好满足规范要求，不因裂缝宽度过小而使得梁端增加过多的钢筋。
框架柱设计-受剪承载力验算
多层及高层钢筋混凝土结构 6.3 框架柱抗震设计来自6.3.3 受剪承载力验算
验算步骤：
1. 剪压比限值－截面尺寸验算(实际上应该先做)
2. 剪力设计值的强剪弱弯调整
Vc
vc
(M
t c
M
b c
)
Hn
3. 配箍筋：按构造要求确定箍筋直径和类型
(6 13b)
(1) 抗剪承载力要求的箍筋间距
(2) 体积配箍率要求的箍筋间距
剪跨比
2时： V
1
RE
0.20c
fcbh0
剪跨比
2时： V
1
RE
0.15c
fcbh0
与梁的情况 一样，这实 际上是剪压 比限值。
V — 柱剪力设计值； b —矩形截面宽度，T形、工字形截面的腹板宽度；
h0 —截面有效高度 c —混凝土强度的折减系数 ；
如果不满足上式应增大柱截面或提高混凝土强度等级。
例题－剪压比验算
框架柱的剪跨比 M c /(V chc0 )
本例题中剪跨比：
剪跨比
2时： V
1
RE
0.20c
fcbh0
REV 0.20
c fcbh0
Vc：计算剪跨比时采用组合 弯矩设计值；而在计算剪压比 时则采用调整后的剪力设计值
说明截面尺寸符合要求。
梁端箍筋加密区
框架柱端箍筋加密区
v
k lk
l1l2s
式中 k —箍筋单肢截面面积； lk —对应于k 的箍筋单肢总长度，重叠段按一肢计
算 l1、l2 —柱核芯混凝土面积的两个边长；
s —箍筋间距
当柱的纵向钢筋每边4根及4根以上时，宜采用井字形箍
抗震框架设计
抗震框架设计一、结构选型与布置1.结构方案选择房屋结构方案应根据使用要求、材料供应和施工条件进行必要的经济技术比较，在满足安全、适用和耐久性的前提下，尽可能做到经济合理、技术先进。
房屋的结构型式，应根据建筑物的功能、造型、房屋的高度、工程地质条件、工期等物质与技术条件来确定，根据教学要求，本次设计的主体房屋采用钢筋混凝土框架结构。
结构体系的选择，与房屋内部的空间要求有关，还与所受的荷载性质及其大小有关。
钢筋混凝土框架结构可采用横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架承重体系等。
钢筋混凝土框架结构房屋按施工方法的不同可分为现浇整体式、装配式和装配整体式。
地震区的混凝土框架结构主要采用现浇整体式框架。
2.结构布置房屋的结构布置，既要满足建筑在使用和造型上的要求，又必须考虑到结构布置合理，有利抗震。
建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，体型力求简单，并应具有良好的整体性。
建筑的立面和剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化。
房屋楼层不宜错层。
当建筑平面突出部分较长，结构刚度和荷载相差悬殊或房屋有较大错层时，宜设防震缝将房屋划分为平面规整、对称的单元。
（1）框架结构的承重方案通常有三种：1）横向框架承重方案由横向框架梁与柱构成主要承重框架，纵向由连系梁将横向框架连成一空间结构体系。
建议本次课程设计采用此方案。
2）纵向框架承重方案由纵向框架梁与柱构成主要承重框架，横向由连系梁将纵向框架连成一空间结构体系。
此承重方案横向刚度较差。
3）纵横向框架承重方案沿房屋纵横向布置承重框架，当房屋的纵横两个方向的长度相等或接近时，或两个方向柱列区格相近时，或有抗震设防要求时，宜采用此承重方案。
有关各种承重方案具体特点及适用性详见教材及相关参考书。
（2）柱网与层高多层工业与民用房屋的平面与剖面尺寸，应按《建筑模数协调统一标准》和《厂房建筑模数协调标准》确定，设计时应满足建筑上的功能要求，同时应尽可能地考虑构件的标准化。
（3）板、梁、柱截面尺寸初估本次课程设计梁、柱截面采用矩形截面，截面尺寸应符合现行规范的构造要求。
框架梁截面设计
框架梁截面设计 8.1框架梁截面设计以轴③/⑧第1层AC 跨框架梁的计算为例。
1、梁的最不利内力：经以上计算可知，梁的最不利内力如下： 跨间： M max =263.65kN ·m 支座A ：M max =187.06kN ·m 支座C 左：M max =199.57kN ·m 调整后剪力：V=58.24kN 2、梁正截面受弯承载力计算：抗震设计中，对于楼面现浇的框架结构，梁支座负弯矩按矩形截面计算纵筋数量。
跨中正弯矩按T 形截面计算纵筋数量，跨中截面的计算弯矩，应取该跨的跨间最大正弯矩或支座弯矩与1/2简支梁弯矩之中的较大者，依据上述理论，得： （1）考虑跨间最大弯矩处：按T 形截面设计，翼缘计算宽度b f ，按跨度考虑，取b f ，=l/3=6.4/3=2133mm ，梁内纵向钢筋选II 级热扎钢筋，（f y =f y ，=300N/mm 2），h 0=h-a s =750-35=715mm ， 因为 α1f c b f ，h f ，（ h 0- h f ，/2） =1.0×14.3×2133×100×（715-100/2） =2028.38KN ·m>263.65KN ·m 属第一类T 形截面。
下部跨间截面按单筋T 形截面计算：αs =M/α1f c b f h 02=263.65*106/1.0*14.3*2133*7152=0.017 ξ=1-（1-2αs ）1/2=0.017＜ξb =0.55 γs =0.5×[1+（1-2αs ）1/2]=0.992 A s =M/f yS h 0=263.65*106/300*0.992*715=1239mm 2实配钢筋4Ф20，A s =1256 mm 2。
ρ= A s /bh 0=1256/300*715=0.59％>ρmin 0h h=0.45 0t y f hf h =0.45×1.43/300*750/715=0.225%，同时，ρ＞0.2％×0hh =0.2％×750/715=0.209%，满足要求。
5.4 框架柱的抗震设计解析
解：2.斜截面受剪承载力
（1）剪力设计值
u l V 1.2(M c Mc ) / Hn
1.2
770 730 521.74kN 4.2 0.75
（2）剪压比应满足
V 1 1
RE
(0.2 f c bh0 )
RE
(0.2 f c bh0 )
1 521.74kN (0.2 15 500 565 ) 997kN 0.85
解：3.轴压比验算
N / bhf c 2710000 0.63 0.80 （可） 14.3 500 600
4.体积配筋率验算
由轴压比 N 0.63, 根据表v 0.136，采用井字复合箍筋（见教材P150） 配箍率为：sv n1 As1l1 n2 As 2l2 4 78.5 450 4 78.5 550 1.27% Acor s 450 550 100
为了不使框架底层柱过早出现塑性铰，规范规定：一、二、三级框 架底层柱底截面组合的弯矩设计值应分别乘以增大系数1.5、1.25、1.15。
（2）在弯曲破坏前不发生剪切破坏
（a）柱剪力设计值的调整
t b V Vc (M c Mc ) / Hn
9度时和一级框架尚应符合
t b V 1.2(M cua M cua ) / Hn
V---柱端组合剪力设计值；
Hn
---柱的净高；
t b Mc 、M c --分别为柱上下端顺时针或逆时针方向截面组合的弯 矩设计值; t b M cua 、M cua ---分别为偏心受压柱上下端顺时针或逆时针方向根 据实配钢筋面积和材料强度标准值和轴压力等计算的 抗震承载力所对应的弯矩值；
Vc ---柱的剪力增大系数，一级为1.4,二级为1.2,三级为1.1。
框架结构抗震设计
yh ( y0 y1 y2 y3 )h
t 上端弯矩： M c
V jk
D jk
V jk (1 y )h
D
r 1
m
Vj
jr
下端弯矩：
b Mc
V jk yh
抗震计算设计（框架内力计算）
（3）计算梁端弯矩、剪力。 （4）计算柱子轴力。 左梁端弯矩： 例题
ibl M ibl ibr
最大剪力Vmax (支座)
注意：左风右风、左震右震参与组合
抗震计算设计（框架内力组合）
9.3 框架柱截面内力组合
（1） 控制截面
每层柱的上下端。 （2） 内力组合（基本同单厂柱） 框架柱通常对称配筋，取三种情况： ① |M|max及相应的N，V
② Nmax及相应的M，V
③ Nmin 及相应的M，V 例题
抗震计算与构造措施
非抗震设计
SR
x M 1 f c bx(h0 ) 2
M 1
抗震设计
S
R
RE
RE
x [1 f c bx(h0 )] 2
一级框架： 二、三级框架：
x 0.25h0
x 0.35h0
抗震计算与构造措施
（3）受剪： 1)考虑“强剪弱弯”进行内力调整(P188)
阳台、雨篷
悬桃1.2-2.0m左右
根部120-200mm
概念设计（结构布置方案）
（3）按变形条件选择
类别 单向板 简支板h/l 1/35 连续板h/l 1/40 悬臂板h/l 根部1/12
双向板
1/45
1/50
（4）注意所选择的板厚，不得小于按施工要求及按变形控制的板厚。
概念设计（结构布置方案）
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最不利剪 力
-80.80 -88.26 -107.77 -116.13 -128.47 -131.62 -89.09 -107.21 -133.44 -154.34 -168.84 -148.00
2.38 2.38 2.38 2.38 2.62 2.75 2.38 2.38 2.38 2.38 2.62 2.75
1133.99 1133.99 1133.99 1133.99 1133.99 1133.99 1133.99 1133.99 1133.99 1133.99 1133.99 1133.99
V c 1 .1 M
t c
右震
M Hn
b c
柱顶
180.41 180.1 206.99 236.89 252.36 192.08 191.92 209.92 261.73 299.78 323.19 232.26 Nhomakorabea柱底
-96.26 -131.87 -185.82 -198.71 -270.16 -423.98 -112.29 -170.07 -221.77 -256.89 -334.88 -447.54
柱净高 Hn
2.9 2.9 2.9 2.9 3.2 3.35 2.9 2.9 2.9 2.9 3.2 3.35
左震 柱顶
18.50 -181.42 -139.03 -170.69 -190.98 -118.87 -4.85 -162.15 -169.15 -217.65 -239.57 -158.19
358.73 754.05 1164.09 1596.40 1951.93 1991.47 401.24 816.94 1228.14 1637.43 2043.42 2482.07
1812.53 1812.53 1812.53 1812.53 1812.53 1812.53 1812.53 1812.53 1812.53 1812.53 1812.53 1812.53
1
加密区长 度
0 .0 5 6 N
196.38 218.52 241.48 265.69 273.63 270.45 198.76 222.04 245.07 267.99 278.76 297.93
650 650 650 650 650 1200 650 650 650 650 650 1200
右震
-80.80 -88.26 -107.77 -116.13 -128.47 -131.62 -89.09 -107.21 -133.44 -154.34 -168.84 -148.00
弱弯”调整柱身剪力 左震 柱底
-95.78 16.16 83.38 130.26 172.61 364.70 -23.11 61.77 125.79 163.02 226.39 386.16
V c 1 .1
M
t c
M Hn
b c
最不利内 力
-111.50 -125.73 -158.31 -175.55 -190.84 -214.93 -122.60 -153.14 -194.86 -224.35 -240.35 -237.17
(已 考 虑 R E 变 化 ）
(已 考 虑 R E 变 化 ）
框架柱斜截面受剪承载力设计（抗震）
剪力设计 值 剪跨比
H n / (2 h 0 )
截面位置 第5层 第4层 第3层 第2层 第1层 第-1层 第5层 第4层 第3层 第2层 第1层 第-1层
0 .2 c f c b h 0
N
0 .3 f c A
N最终取值
A柱
E柱
-111.50 -125.73 -158.31 -175.55 -190.84 -214.93 -122.60 -153.14 -194.86 -224.35 -240.35 -237.17
1 .0 5 f t b h0
实配四肢箍筋 是否按构 造配筋 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 加密区 A8 @ 100 A8 @ 100 A8 @ 100 A8 @ 100 A8 @ 100 A8 @ 100 A8 @ 100 A8 @ 100 A8 @ 100 A8 @ 100 A8 @ 100 A8 @ 100 非加密区 A8 @ 150 A8 @ 150 A8 @ 150 A8 @ 150 A8 @ 150 A8 @ 150 A8 @ 150 A8 @ 150 A8 @ 150 A8 @ 150 A8 @ 150 A8 @ 150
框架柱“强剪弱弯”调整柱身剪力
R E (1 .2 S G E 1 .3 S E K )
截面位置 第5层 第4层 第3层 A柱 第2层 第1层 第-1层 第5层 第4层 第3层 E柱 第2层 第1层 第-1层
内力 左震 柱身 柱身 柱身 柱身 柱身 柱身 柱身 柱身 柱身 柱身 柱身 柱身 V V V V V V V V V V V V
358.73 754.05 1164.09 1596.40 1812.53 1812.53 401.24 816.94 1228.14 1637.43 1812.53 1812.53
载力设计（抗震）
柱净高 Hn 2.9 2.9 2.9 2.9 3.2 3.35 2.9 2.9 2.9 2.9 3.2 3.35
-46.06 79.63 89.64 121.29 132.79 168.71 -11.27 90.25 118.87 153.42 170.18 189.91
-111.50 -125.73 -158.31 -175.55 -190.84 -214.93 -122.60 -153.14 -194.86 -224.35 -240.35 -237.17