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1、第九章 框架柱截面設(shè)計(jì)
第一節(jié) 設(shè)計(jì)參數(shù)
根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010), 11.4.1-11.4.5的規(guī)定，為滿足強(qiáng)柱弱梁的抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)，需根據(jù)梁端彎矩調(diào)整柱端彎矩設(shè)計(jì)值，即按下式計(jì)算：。但是框架頂層柱和軸壓比小于0.15的柱時(shí)不按上式確定彎矩設(shè)計(jì)值，而直接取最不利內(nèi)力組合彎矩計(jì)算作為設(shè)計(jì)值。在設(shè)計(jì)角柱時(shí)，彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)按調(diào)整后的組合彎矩設(shè)計(jì)值在乘以不小于1.1的增大系數(shù)。
根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010), 6.2.3-6.2.5的規(guī)定，彎矩作用平面內(nèi)截面對(duì)稱的偏心受壓構(gòu)件，當(dāng)同一主軸方向的桿端彎矩比不大于0.9且軸壓比不大于0.9時(shí)，若
2、構(gòu)件的長細(xì)比滿足公式的要求，可不考慮附加彎矩影響。
當(dāng)構(gòu)件按單曲率彎曲時(shí)，取正值，否則取負(fù)值。
考慮軸向壓力在撓曲桿件中產(chǎn)生的二階效應(yīng)后控制截面彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)按下列公式計(jì)算：
（6.2.4-1）
（6.2.4-2）
（6.2.4-3）
（6.2.4-4）
式中：Cm——構(gòu)件端截面偏心距調(diào)節(jié)系數(shù)，當(dāng)小于0.7時(shí)取0.7；
——彎矩增大系數(shù)；
N ——與彎矩設(shè)計(jì)值M2相應(yīng)的軸向壓力設(shè)計(jì)值；
ζc——截面曲率修正系數(shù)，當(dāng)計(jì)算值大于1.0時(shí)取1.0；
一、截面設(shè)計(jì)資料
截面尺寸： 中柱： 400mm500mm
混凝土強(qiáng)度
3、等級(jí)：C30 ，
鋼筋強(qiáng)度等級(jí)：HRB400
二、框架柱的軸壓比驗(yàn)算
經(jīng)比較，框架柱B在各種內(nèi)力組合下，底層柱的軸力最大，其值為Nmax=
925.48KN。,截面滿足抗震作用下的延性要求。
三、最小配筋率要求
《混凝土》11．4．12 框架柱和框支柱的鋼筋配置，應(yīng)符合下列要求：
1. 三級(jí)抗震結(jié)構(gòu)中柱和邊柱，框架柱和框支柱中全部縱向受力鋼筋的配筋率不應(yīng)小于0.75，同時(shí)，每一側(cè)的配筋百分率不應(yīng)小于0.2。
框架柱和框支柱中全部縱向受力鋼筋的最小配筋面積
每一側(cè)鋼筋的最小配筋面積
2. 三級(jí)抗震結(jié)構(gòu)框架柱和框支柱上、下兩端箍筋應(yīng)加密，加密區(qū)的箍筋最大間
4、距縱向鋼筋直徑的8倍和150mm（柱跟100mm）中的較小值，和箍筋最小直徑應(yīng)大于8mm。
第二節(jié) 框架柱截面設(shè)計(jì)
一、框架柱正截面承載力計(jì)算
（一）框架柱B柱頂層正截面配筋計(jì)算（對(duì)稱配筋）
1．最不利內(nèi)力組合
框架柱的界限軸力為
而該層框架柱KZB的最大軸力為,屬于大偏壓構(gòu)件，起控制作用的是軸力越小、彎矩越大的內(nèi)力組合。
由規(guī)范可知，對(duì)于對(duì)于的柱，承載力抗震調(diào)整系數(shù),的柱，承載力抗震調(diào)整系數(shù)，為了方便判別，把軸壓比的界限0.15轉(zhuǎn)變?yōu)檩S力值，當(dāng)軸壓比時(shí)對(duì)應(yīng)的軸力值為：
,故
當(dāng)N<394.68KN時(shí)，
當(dāng)N>394.68KN時(shí)，
經(jīng)比較，可得出如下一組最不利內(nèi)力：
5、
2．內(nèi)力計(jì)算
偏心距：
附加偏心距：
則初始偏心距：
,因此，不需要考慮附加彎矩影響。
由公式，可得
應(yīng)按最小配筋率配筋，根據(jù)構(gòu)造要求，縱向鋼筋采取對(duì)稱配筋。
沿短邊方向每側(cè)配3C18，單側(cè)配筋面積
沿長邊方向每側(cè)加配2C16，單側(cè)配筋面積
總配筋面積
，滿足最小配筋率要求
，查表得
垂直于彎矩作用平面的承載力滿足要求。
(二）框架柱B柱二層正截面配筋計(jì)算
1.最不利內(nèi)力組合
而該層框架柱KZB的最大軸力為,屬于大偏壓構(gòu)件，起控制作用的是軸力越小、彎矩越大的內(nèi)力組合。
由規(guī)范可知，對(duì)于對(duì)于的柱
6、，承載力抗震調(diào)整系數(shù),的柱，承載力抗震調(diào)整系數(shù)，為了方便判別，把軸壓比的界限0.15轉(zhuǎn)變?yōu)檩S力值，當(dāng)軸壓比時(shí)對(duì)應(yīng)的軸力值為：
,故
當(dāng)N<394.68KN時(shí)，
當(dāng)N>394.68KN時(shí)，
經(jīng)比較，可得出如下一組最不利內(nèi)力：
按強(qiáng)柱弱梁要求調(diào)整柱端彎矩設(shè)計(jì)值：
調(diào)整后二層柱頂彎矩設(shè)計(jì)值為：
2.內(nèi)力計(jì)算
偏心距：
附加偏心距：
則初始偏心距：
,因此，需要考慮附加彎矩影響。
，取
，取
彎矩設(shè)計(jì)值：
由公式，可得
應(yīng)按最小配筋率配筋，根據(jù)構(gòu)造要求，縱向鋼筋采取對(duì)稱配筋。
沿短邊方向
每側(cè)配2C25+1C22，
沿長邊方向
每側(cè)
7、加配2C16構(gòu)造筋
總配筋面積
，滿足最小配筋率要求。
，查表得
垂直于彎矩作用平面的承載力滿足要求。
(三)框架柱B柱一層配筋計(jì)算
1.最不利內(nèi)力組合
而該層框架柱KZB的最大軸力為,屬于大偏壓構(gòu)件，起控制作用的是軸力越小、彎矩越大的內(nèi)力組合。
由規(guī)范可知，對(duì)于對(duì)于的柱，承載力抗震調(diào)整系數(shù),的柱，承載力抗震調(diào)整系數(shù)，為了方便判別，把軸壓比的界限0.15轉(zhuǎn)變?yōu)檩S力值，當(dāng)軸壓比時(shí)對(duì)應(yīng)的軸力值為：
,故
當(dāng)N<394.68KN時(shí)，
當(dāng)N>394.68KN時(shí)，
正截面配筋計(jì)算（對(duì)稱配筋）
經(jīng)比較，可得出如下一組最不利內(nèi)力：
對(duì)底層柱進(jìn)行彎矩調(diào)整
根據(jù)《混凝
8、土》11.4.2規(guī)定，三級(jí)抗震等級(jí)框架結(jié)構(gòu)的底層，柱下端的彎矩設(shè)計(jì)值，應(yīng)乘以增大系數(shù)1.3。
調(diào)整后一層柱底彎矩設(shè)計(jì)值為：
2.內(nèi)力計(jì)算
偏心距：
附加偏心距：
則初始偏心距：
,因此，不需要考慮附加彎矩影響。
由公式，可得
應(yīng)按最小配筋率配筋，根據(jù)構(gòu)造要求，縱向鋼筋采取對(duì)稱配筋。
沿短邊方向每側(cè)配3C18，單側(cè)配筋面積
沿長邊方向每側(cè)加配2C16，單側(cè)配筋面積
總配筋面積
，滿足最小配筋率要求
，查表得
垂直于彎矩作用平面的承載力滿足要求。
二、斜截面配筋計(jì)算
（一）構(gòu)造要求
地震作用下，構(gòu)件受剪時(shí)的抗剪承載力抗震調(diào)整系數(shù)，非
9、抗震設(shè)計(jì)時(shí)，軸力N提高抗剪強(qiáng)度值為0.07N，抗震時(shí)軸力N提高抗剪強(qiáng)度值為。當(dāng)壓力時(shí)，取N=858KN。選取剪力大且軸力小的為最不利效應(yīng)組合。
根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010第11.4.3條規(guī)定，對(duì)于三級(jí)抗震等級(jí)的框架結(jié)構(gòu)，須按進(jìn)行強(qiáng)剪弱彎的調(diào)整。
因非抗震組合斜截面抗剪承載力計(jì)算公式與抗震組合的計(jì)算公式不同，現(xiàn)分開計(jì)算，取配筋量大的結(jié)果進(jìn)行配筋。
《混凝土》11.4.12規(guī)定，三級(jí)抗震結(jié)構(gòu)柱端箍筋加密區(qū)箍筋最大間距為縱向鋼筋直徑的8倍和150（柱根100）中的較小值，箍筋最小直徑為8mm。
（二）三層柱斜截面配箍計(jì)算
1．三層柱加密區(qū)配箍計(jì)算
（1)非地震組合
10、
非地震組合最不利內(nèi)力組合
,取
柱凈高：
剪跨比計(jì)算：，取
剪壓比限值：，減壓比滿足要求。
驗(yàn)算是否按計(jì)算配置箍筋：
因此，不需要按計(jì)算配置箍筋，只需按構(gòu)造配置箍筋。
加密區(qū)最大箍筋間距
現(xiàn)采用復(fù)合箍，選配箍筋為8@100，驗(yàn)算其是否滿足構(gòu)造要求：
軸壓比：，查《混凝土》11.4.17規(guī)定，
滿足最小配箍率要求。
（2）地震組合
地震組合最不利內(nèi)力組合
，
取
剪跨比計(jì)算：，取。
剪壓比限值：，因此，剪壓比滿足要求。
驗(yàn)算是否按計(jì)算配置箍筋：
因此，不需要按計(jì)算配置箍筋，只需按構(gòu)造配置箍筋。
加密區(qū)最大箍筋間距
現(xiàn)采用復(fù)合箍，選配箍
11、筋為8@100（34），驗(yàn)算其是否滿足構(gòu)造要求：
軸壓比：，查《混凝土》11.4.17規(guī)定，
滿足最小配箍率要求。
三層柱頂端箍筋加密區(qū)長度：，為了施工方便取加密區(qū)長度為600mm。
2．非加密區(qū)配箍計(jì)算
非加密區(qū)配箍不用進(jìn)行剪力調(diào)整，直接取最不利內(nèi)力組合進(jìn)行配筋計(jì)算
（1）非地震組合
,取
柱凈高：
剪跨比計(jì)算：，取
剪壓比限值：，減壓比滿足要求。
驗(yàn)算是否按計(jì)算配置箍筋：
因此，不需要按計(jì)算配置箍筋，只需按構(gòu)造配置箍筋。
現(xiàn)采用復(fù)合箍，選配箍筋為8@200（34），驗(yàn)算其是否滿足構(gòu)造要求：
驗(yàn)算柱的體積配箍率：
軸壓比：，查《混凝土》11.4.1
12、7規(guī)定，
滿足最小配箍率要求。
（2）地震組合
地震組合最不利內(nèi)力組合
,取
柱凈高：
剪跨比計(jì)算：，取
剪壓比限值：，剪壓比滿足要求。
驗(yàn)算是否按計(jì)算配置箍筋：
因此，不需要按計(jì)算配置箍筋，只需按構(gòu)造配置箍筋。
現(xiàn)采用復(fù)合箍，選配箍筋為8@200（34），驗(yàn)算其是否滿足構(gòu)造要求：
驗(yàn)算柱的體積配箍率：
軸壓比：，查《混凝土》11.4.17規(guī)定，
滿足最小配筋率要求。
（三）二層柱斜截面配箍計(jì)算
1．二層柱加密區(qū)配箍計(jì)算
（1）非地震組合
非地震組合最不利內(nèi)力組合
,取
柱凈高：
剪跨比計(jì)算：，取
剪壓比限值：，剪壓比滿足要求。
驗(yàn)算是
13、否按計(jì)算配置箍筋：
因此，不需要按計(jì)算配置箍筋，只需按構(gòu)造配置箍筋。
加密區(qū)最大箍筋間距
現(xiàn)采用復(fù)合箍，選配箍筋為8@100（34），驗(yàn)算其是否滿足構(gòu)造要求：
軸壓比：，查《混凝土》11.4.17規(guī)定，
滿足最小配箍率要求。
（2）地震組合
地震組合最不利內(nèi)力組合
，
取
剪跨比計(jì)算：，取。
剪壓比限值：，剪壓比滿足要求。
驗(yàn)算是否按計(jì)算配置箍筋：
因此，不需要按計(jì)算配置箍筋，只需按構(gòu)造配置箍筋。
加密區(qū)最大箍筋間距
現(xiàn)采用復(fù)合箍，選配箍筋為8@100（34），驗(yàn)算其是否滿足構(gòu)造要求：
軸壓比：，查《混凝土》11.4.17規(guī)定，
滿足最小
14、配箍率要求。
二層柱頂端、底端箍筋加密區(qū)長度：，為了施工方便取加密區(qū)長度為600mm。
2．非加密區(qū)配箍計(jì)算
非加密區(qū)配箍不用進(jìn)行剪力調(diào)整，直接取最不利內(nèi)力組合進(jìn)行配筋計(jì)算
(1)非地震組合
,取
柱凈高：
剪跨比計(jì)算：，取
剪壓比限值：，減壓比滿足要求。
驗(yàn)算是否按計(jì)算配置箍筋：
因此，不需要按計(jì)算配置箍筋，只需按構(gòu)造配置箍筋。
現(xiàn)采用復(fù)合箍，選配箍筋為8@200（34），驗(yàn)算其是否滿足構(gòu)造要求：
驗(yàn)算柱的體積配箍率：
軸壓比：，查《混凝土》11.4.17規(guī)定，
滿足最小配箍率要求。
(2)地震組合
地震組合最不利內(nèi)力組合
,取
柱凈高：
剪
15、跨比計(jì)算：，取
剪壓比限值：，剪壓比滿足要求。
驗(yàn)算是否按計(jì)算配置箍筋：
因此，不需要按計(jì)算配置箍筋，只需按構(gòu)造配置箍筋。
現(xiàn)采用復(fù)合箍，選配箍筋為8@200（34），驗(yàn)算其是否滿足構(gòu)造要求：
驗(yàn)算柱的體積配箍率：
軸壓比：，查《混凝土》11.4.17規(guī)定，
滿足最小配筋率要求。
（四）一層柱斜截面配箍計(jì)算
1．一層柱加密區(qū)配箍計(jì)算
（1）非地震組合
非地震組合最不利內(nèi)力組合
,取
柱凈高：
剪跨比計(jì)算：，取
剪壓比限值：，剪壓比滿足要求。
驗(yàn)算是否按計(jì)算配置箍筋：
因此，不需要按計(jì)算配置箍筋，只需按構(gòu)造配置箍筋。
加密區(qū)最大箍筋間距
現(xiàn)采用復(fù)合箍
16、，選配箍筋為8@100（34），驗(yàn)算其是否滿足構(gòu)造要求：
軸壓比：，查《混凝土》11.4.17規(guī)定，
滿足最小配箍率要求。
（2）地震組合
地震組合最不利內(nèi)力組合
，
取
剪跨比計(jì)算：，取。
剪壓比限值：，剪壓比滿足要求。
驗(yàn)算是否按計(jì)算配置箍筋：
因此，不需要按計(jì)算配置箍筋，只需按構(gòu)造配置箍筋。
加密區(qū)最大箍筋間距
現(xiàn)采用復(fù)合箍，選配箍筋為8@100（34），驗(yàn)算其是否滿足構(gòu)造要求：
軸壓比：，查《混凝土》11.4.17規(guī)定，
滿足最小配箍率要求。
一層柱頂端箍筋加密區(qū)長度：，為了施工方便取加密區(qū)長度為600mm。
一層柱底端箍筋加密
17、區(qū)長度：，為了施工方便取加密區(qū)長度為1600mm。
2．非加密區(qū)配箍計(jì)算
非加密區(qū)配箍不用進(jìn)行剪力調(diào)整，直接取最不利內(nèi)力組合進(jìn)行配筋計(jì)算。
（1）非地震組合
,取
柱凈高：
剪跨比計(jì)算：，取
剪壓比限值：，減壓比滿足要求。
驗(yàn)算是否按計(jì)算配置箍筋：
因此，不需要按計(jì)算配置箍筋，只需按構(gòu)造配置箍筋。
現(xiàn)采用復(fù)合箍，選配箍筋為8@200（34），驗(yàn)算其是否滿足構(gòu)造要求：
驗(yàn)算柱的體積配箍率：
軸壓比：，查《混凝土》11.4.17規(guī)定，
滿足最小配箍率要求。
（2）地震組合
地震組合最不利內(nèi)力組合
,取
柱凈高：
剪跨比計(jì)算：，取
剪壓比限值：，剪壓
18、比滿足要求。
驗(yàn)算是否按計(jì)算配置箍筋：
因此，不需要按計(jì)算配置箍筋，只需按構(gòu)造配置箍筋。
現(xiàn)采用復(fù)合箍，選配箍筋為8@200（34），驗(yàn)算其是否滿足構(gòu)造要求：
驗(yàn)算柱的體積配箍率：
軸壓比：，查《混凝土》11.4.17規(guī)定，
滿足最小配筋率要求。
三、B～D軸軸框架梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)驗(yàn)算
在豎向荷載和地震的作用下，梁柱核芯區(qū)受力比較復(fù)雜，但主要是壓力和剪力，本計(jì)算在已有配筋情況下，依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB 50010—2010）11.6.1條：一、二、三級(jí)抗震等級(jí)的框架應(yīng)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗震受剪承載力驗(yàn)算。
（一）節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)剪力設(shè)計(jì)值計(jì)算
B3節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)剪力設(shè)計(jì)值依據(jù)
19、《混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB 50010—2010）11.6.2-2式有：
（二）梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗震設(shè)計(jì)
《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）11.6.2條規(guī)定：一、二、三級(jí)框架梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)組合剪力設(shè)計(jì)值，應(yīng)按下列公式確定：—節(jié)點(diǎn)剪力增大系數(shù)，對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，三級(jí)取1.20。
頂層中間節(jié)點(diǎn)和端節(jié)點(diǎn)：
1．B頂層梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)配箍計(jì)算
B3節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)剪力設(shè)計(jì)值
梁端彎矩之和：
計(jì)算所需配置的箍筋：
故采用與柱加密區(qū)箍筋相同，配箍筋A(yù)8@100。
根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010第11.6.8條規(guī)定：對(duì)一、二、三級(jí)抗震等級(jí)的框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)，配箍特征值分別不宜小于0.12、0.10和0.08，且其箍筋體積配筋率分別不宜小于0.6%、0.5%和0.4%。
箍筋體積配箍率：
配箍特征值：，滿足要求。
B3節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪壓比驗(yàn)算：
，滿足要求。
框架柱截面設(shè)計(jì) 土木工程畢業(yè)設(shè)計(jì)
