框架柱截面設計 土木工程畢業(yè)設計

第九章 框架柱截面設計第一節(jié) 設計參數(shù)根據混凝土結構設計規(guī)范(GB50010-2010), 11.4.1-11.4.5的規(guī)定，為滿足強柱弱梁的抗震設計目標，需根據梁端彎矩調整柱端彎矩設計值，即按下式計算：。但是框架頂層柱和軸壓比小于0.15的柱時不按上式確定彎矩設計值，而直接取最不利內力組合彎矩計算作為設計值。在設計角柱時，彎矩設計值應按調整后的組合彎矩設計值在乘以不小于1.1的增大系數(shù)。根據混凝土結構設計規(guī)范(GB50010-2010), 6.2.3-6.2.5的規(guī)定，彎矩作用平面內截面對稱的偏心受壓構件，當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，若構件的長細比滿足公式的要求，可不考慮附加彎矩影響。當構件按單曲率彎曲時，取正值，否則取負值?？紤]軸向壓力在撓曲桿件中產生的二階效應后控制截面彎矩設計值應按下列公式計算： （6.2.4-1） （6.2.4-2） （6.2.4-3） （6.2.4-4）式中：Cm構件端截面偏心距調節(jié)系數(shù)，當小于0.7時取0.7； 彎矩增大系數(shù)； N 與彎矩設計值M2相應的軸向壓力設計值； c截面曲率修正系數(shù)，當計算值大于1.0時取1.0；一、截面設計資料截面尺寸： 中柱： 400mm500mm混凝土強度等級：C30 ，鋼筋強度等級：HRB400 二、框架柱的軸壓比驗算 經比較，框架柱B在各種內力組合下，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11412 框架柱和框支柱的鋼筋配置，應符合下列要求：1. 三級抗震結構中柱和邊柱，框架柱和框支柱中全部縱向受力鋼筋的配筋率不應小于0.75，同時，每一側的配筋百分率不應小于0.2?？蚣苤涂蛑е腥靠v向受力鋼筋的最小配筋面積每一側鋼筋的最小配筋面積2. 三級抗震結構框架柱和框支柱上、下兩端箍筋應加密，加密區(qū)的箍筋最大間距縱向鋼筋直徑的8倍和150mm（柱跟100mm）中的較小值，和箍筋最小直徑應大于8mm。第二節(jié) 框架柱截面設計一、框架柱正截面承載力計算（一）框架柱B柱頂層正截面配筋計算（對稱配筋）1最不利內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,屬于大偏壓構件，起控制作用的是軸力越小、彎矩越大的內力組合。由規(guī)范可知，對于對于的柱，承載力抗震調整系數(shù),的柱，承載力抗震調整系數(shù)，為了方便判別，把軸壓比的界限0.15轉變?yōu)檩S力值，當軸壓比時對應的軸力值為：,故當N<394.68KN時，當N>394.68KN時，經比較，可得出如下一組最不利內力： 2內力計算偏心距：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，可得應按最小配筋率配筋，根據構造要求，縱向鋼筋采取對稱配筋。沿短邊方向每側配3C18，單側配筋面積沿長邊方向每側加配2C16，單側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算1.最不利內力組合而該層框架柱KZB的最大軸力為,屬于大偏壓構件，起控制作用的是軸力越小、彎矩越大的內力組合。由規(guī)范可知，對于對于的柱，承載力抗震調整系數(shù),的柱，承載力抗震調整系數(shù)，為了方便判別，把軸壓比的界限0.15轉變?yōu)檩S力值，當軸壓比時對應的軸力值為：,故當N<394.68KN時，當N>394.68KN時，經比較，可得出如下一組最不利內力： 按強柱弱梁要求調整柱端彎矩設計值：調整后二層柱頂彎矩設計值為：2.內力計算偏心距：附加偏心距：則初始偏心距：,因此，需要考慮附加彎矩影響。，取，取彎矩設計值：由公式，可得應按最小配筋率配筋，根據構造要求，縱向鋼筋采取對稱配筋。沿短邊方向每側配2C25+1C22，沿長邊方向每側加配2C16構造筋總配筋面積，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柱一層配筋計算1.最不利內力組合而該層框架柱KZB的最大軸力為,屬于大偏壓構件，起控制作用的是軸力越小、彎矩越大的內力組合。由規(guī)范可知，對于對于的柱，承載力抗震調整系數(shù),的柱，承載力抗震調整系數(shù)，為了方便判別，把軸壓比的界限0.15轉變?yōu)檩S力值，當軸壓比時對應的軸力值為：,故當N<394.68KN時，當N>394.68KN時，正截面配筋計算（對稱配筋）經比較，可得出如下一組最不利內力： 對底層柱進行彎矩調整根據混凝土11.4.2規(guī)定，三級抗震等級框架結構的底層，柱下端的彎矩設計值，應乘以增大系數(shù)1.3。調整后一層柱底彎矩設計值為：2.內力計算偏心距：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，可得應按最小配筋率配筋，根據構造要求，縱向鋼筋采取對稱配筋。沿短邊方向每側配3C18，單側配筋面積沿長邊方向每側加配2C16，單側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、斜截面配筋計算（一）構造要求地震作用下，構件受剪時的抗剪承載力抗震調整系數(shù)，非抗震設計時，軸力N提高抗剪強度值為0.07N，抗震時軸力N提高抗剪強度值為。當壓力時，取N=858KN。選取剪力大且軸力小的為最不利效應組合。根據混凝土結構設計規(guī)范GB50010-2010第11.4.3條規(guī)定，對于三級抗震等級的框架結構，須按進行強剪弱彎的調整。因非抗震組合斜截面抗剪承載力計算公式與抗震組合的計算公式不同，現(xiàn)分開計算，取配筋量大的結果進行配筋?；炷?1.4.12規(guī)定，三級抗震結構柱端箍筋加密區(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算1三層柱加密區(qū)配箍計算（1)非地震組合非地震組合最不利內力組合,取柱凈高：剪跨比計算：，取剪壓比限值：，減壓比滿足要求。驗算是否按計算配置箍筋：因此，不需要按計算配置箍筋，只需按構造配置箍筋。加密區(qū)最大箍筋間距現(xiàn)采用復合箍，選配箍筋為8100，驗算其是否滿足構造要求：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力組合 ，取剪跨比計算：，取。剪壓比限值：，因此，剪壓比滿足要求。驗算是否按計算配置箍筋：因此，不需要按計算配置箍筋，只需按構造配置箍筋。加密區(qū)最大箍筋間距現(xiàn)采用復合箍，選配箍筋為8100（34），驗算其是否滿足構造要求：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)配箍計算非加密區(qū)配箍不用進行剪力調整，直接取最不利內力組合進行配筋計算（1）非地震組合,取柱凈高：剪跨比計算：，取剪壓比限值：，減壓比滿足要求。驗算是否按計算配置箍筋：因此，不需要按計算配置箍筋，只需按構造配置箍筋?，F(xiàn)采用復合箍，選配箍筋為8200（34），驗算其是否滿足構造要求：驗算柱的體積配箍率：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力組合,取柱凈高：剪跨比計算：，取剪壓比限值：，剪壓比滿足要求。驗算是否按計算配置箍筋：因此，不需要按計算配置箍筋，只需按構造配置箍筋。現(xiàn)采用復合箍，選配箍筋為8200（34），驗算其是否滿足構造要求：驗算柱的體積配箍率：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算1二層柱加密區(qū)配箍計算（1）非地震組合非地震組合最不利內力組合,取柱凈高：剪跨比計算：，取剪壓比限值：，剪壓比滿足要求。驗算是否按計算配置箍筋：因此，不需要按計算配置箍筋，只需按構造配置箍筋。加密區(qū)最大箍筋間距現(xiàn)采用復合箍，選配箍筋為8100（34），驗算其是否滿足構造要求：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力組合 ，取剪跨比計算：，取。剪壓比限值：，剪壓比滿足要求。驗算是否按計算配置箍筋：因此，不需要按計算配置箍筋，只需按構造配置箍筋。加密區(qū)最大箍筋間距現(xiàn)采用復合箍，選配箍筋為8100（34），驗算其是否滿足構造要求：軸壓比：，查混凝土11.4.17規(guī)定， 滿足最小配箍率要求。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)配箍計算非加密區(qū)配箍不用進行剪力調整，直接取最不利內力組合進行配筋計算(1)非地震組合,取柱凈高：剪跨比計算：，取剪壓比限值：，減壓比滿足要求。驗算是否按計算配置箍筋：因此，不需要按計算配置箍筋，只需按構造配置箍筋?，F(xiàn)采用復合箍，選配箍筋為8200（34），驗算其是否滿足構造要求：驗算柱的體積配箍率：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力組合,取柱凈高：剪跨比計算：，取剪壓比限值：，剪壓比滿足要求。驗算是否按計算配置箍筋：因此，不需要按計算配置箍筋，只需按構造配置箍筋?，F(xiàn)采用復合箍，選配箍筋為8200（34），驗算其是否滿足構造要求：驗算柱的體積配箍率：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算1一層柱加密區(qū)配箍計算（1）非地震組合非地震組合最不利內力組合,取柱凈高：剪跨比計算：，取剪壓比限值：，剪壓比滿足要求。驗算是否按計算配置箍筋：因此，不需要按計算配置箍筋，只需按構造配置箍筋。加密區(qū)最大箍筋間距現(xiàn)采用復合箍，選配箍筋為8100（34），驗算其是否滿足構造要求：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力組合 ，取剪跨比計算：，取。剪壓比限值：，剪壓比滿足要求。驗算是否按計算配置箍筋：因此，不需要按計算配置箍筋，只需按構造配置箍筋。加密區(qū)最大箍筋間距現(xiàn)采用復合箍，選配箍筋為8100（34），驗算其是否滿足構造要求：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)配箍計算非加密區(qū)配箍不用進行剪力調整，直接取最不利內力組合進行配筋計算。（1）非地震組合,取柱凈高：剪跨比計算：，取剪壓比限值：，減壓比滿足要求。驗算是否按計算配置箍筋：因此，不需要按計算配置箍筋，只需按構造配置箍筋。現(xiàn)采用復合箍，選配箍筋為8200（34），驗算其是否滿足構造要求：驗算柱的體積配箍率：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力組合,取柱凈高：剪跨比計算：，取剪壓比限值：，剪壓比滿足要求。驗算是否按計算配置箍筋：因此，不需要按計算配置箍筋，只需按構造配置箍筋。現(xiàn)采用復合箍，選配箍筋為8200（34），驗算其是否滿足構造要求：驗算柱的體積配箍率：軸壓比：，查混凝土11.4.17規(guī)定， 滿足最小配筋率要求。三、BD軸軸框架梁柱節(jié)點核芯區(qū)驗算在豎向荷載和地震的作用下，梁柱核芯區(qū)受力比較復雜，但主要是壓力和剪力，本計算在已有配筋情況下，依據混凝土結構技術規(guī)范（GB 500102010）11.6.1條：一、二、三級抗震等級的框架應進行節(jié)點核芯區(qū)抗震受剪承載力驗算。（一）節(jié)點核芯區(qū)剪力設計值計算B3節(jié)點核芯區(qū)剪力設計值依據混凝土結構技術規(guī)范（GB 500102010）11.6.2-2式有：（二）梁柱節(jié)點核心區(qū)抗震設計混凝土結構設計規(guī)范（GB50010-2010）11.6.2條規(guī)定：一、二、三級框架梁柱節(jié)點核心區(qū)組合剪力設計值，應按下列公式確定：節(jié)點剪力增大系數(shù)，對于框架結構，三級取1.20。頂層中間節(jié)點和端節(jié)點：1B頂層梁柱節(jié)點核心區(qū)配箍計算B3節(jié)點核芯區(qū)剪力設計值梁端彎矩之和：計算所需配置的箍筋：故采用與柱加密區(qū)箍筋相同，配箍筋A8100。根據混凝土結構設計規(guī)范GB50010-2010第11.6.8條規(guī)定：對一、二、三級抗震等級的框架節(jié)點核芯區(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)點核心區(qū)剪壓比驗算：，滿足要求。