框架柱的设计

1、框架柱的布置一般在建筑资料图中，建筑师已经根据房间的布局要求，初步拟定了柱子的位置，结构师需要做的工作是从技术、经济的角度校核它的合适性。为了满足建筑功能要求、实现建筑设计效果，对于建筑专业提供的主柱网很少做大规模的调整，但是对于局部柱网，常常会根据结构需要做适当的调整。框架柱的布置①在建筑物周边的主轴线上尽可能设柱，避免有较大跨度的悬挑结构；②在结构缝的两侧尽可能设柱，使相邻两部分建筑物分开；③在框架柱的纵横两个方向，尽可能对应设柱，满足柱子双向支承要求；④在楼梯间、电梯间四周角部尽可能设柱，（1）可以加强楼层平面位置由于楼梯间、电梯间的开洞引起的较大刚度削弱；（2）面由于楼梯间、电梯间周围均须有大量墙体填充，支承梁上作用的荷载较大，设柱以后梁直接支承在框架柱上，可以简化梁的设计；（3）不影响建筑的使用功能。规则框架受力合理、理论计算成熟、设计简单。

几种特殊情况下的框架柱布置在一些造型比较活泼、体形比较复杂的建筑中，常常会出现以下一些情形：①为满足建筑底层的使用功能需要（如公共建筑中设置的底层商场、会展中心等），主体框架部分柱不落地直接支承在楼面梁上。几种特殊情况下的框架柱布置②为满足建筑顶层的使用功能需要（如中小学建筑中常见的风雨球场），主体框架部分柱不上升至屋面。几种特殊情况下的框架柱布置③为满足建筑中间楼层的使用功能需要，主体框架部分柱在中间楼层中断，这些类型的框架在竖向柱子拉不通，因此在垂直方向均存在着一个刚度突变的问题，荷载作用下应力集中现象严重，存在薄弱层、薄弱部位，对抗震不利。属于受力不合理的结构形式，习惯上称之为非规则框架。相对于规则框架，非规则框架结构设计要复杂得多，设计中尽可能少采用。④突出屋面小塔楼的框架柱布置因建筑使用功能地需要，在建筑物的主屋面之上常常会设置一些辅助性用房，如楼梯间、电梯机房或其它设备用房，这些辅助用房习惯上称之为小塔楼。

对于需要抗震设防的建筑物来说，由于小塔楼的重量和刚度相对于主体结构都突然变小，地震时产生的鞭端效应会加剧小塔楼的破坏，因此框架柱必须伸至小塔楼顶；对于不需要抗震设防的建筑物，有时为方便设计，常常把小塔楼做成混合结构，即主框架柱伸至主屋面，小塔楼的重量全部由屋面梁来承担

⑤电梯间的框架柱布置电梯井道的设置是为了满足电梯在垂直方向的运行要求，由于电梯运行存在着一定的危险性，因此井道与其它房间之间必须用墙体隔离。工程设计中，井道周边的墙体有采用钢筋混凝土结构的，也有采用砌体填充墙的。

对于需要抗震设防的建筑物来说，井道周边的墙体采用砌体填充墙更合适。原因如下：如井道周边的墙体采用钢筋混凝土结构，由于墙体落地面积所占的比例较小，达不到框架--剪力墙结构中有关剪力墙的最小落地面积要求，仍属于框架结构。因此井道周边的钢筋混凝土墙体不能进入结构计算，只能按照构造要求进行钢筋配置。当建筑物受到地震作用时，由于电梯井道钢筋混凝土墙体的刚度远大于一般框架柱的刚度，故它将承担较大的地震作用，有可能首先破坏。2、柱截面尺寸估算

柱截面根据不同的使用要求，可以选择不同的截面形式。在现浇钢筋混凝土结构中，为方便施工，柱的截面形式常采用矩形（或正方形）和圆形，且以矩形（或正方形）截面形式居多，特殊情况下也采用异形柱（如L形、十字形、T形等），有关异形柱框架结构的设计须符合《混凝土异形柱结构技术规程》（JGJ149-2006）的要求。

柱截面尺寸预估的一般步骤是：先由柱的轴压比确定柱的截面面积，再由柱的高宽比要求确定柱的截面宽度b和高度h（圆柱为直径），并满足模数尺寸要求。

①满足柱轴压比的要求（仅抗震设计有要求）轴压比μ是指柱截面考虑地震作用组合的轴向力设计值N与柱的全截面面积Ac和混凝土轴心抗压强度设计值fc乘积的比值。μ——轴压比限值：根据《抗震规范》取用。N——轴向力设计值，近似计算方法如下：A---柱截面受荷载作用，按居中面积计算；q—单位面积建筑物荷重标准值，与柱网间距、楼面（屋面）使用活荷载、填充墙材料和布置等多种因素有关，柱截面估算时近似取值11～14kN/m2；

《建筑抗震设计规范》规定，钢筋混凝土框架结构房屋应根据抗震设防烈度、房屋高度、建筑物的重要性、所在场地类别，采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。框架结构抗震等级共有四个，一级对延性要求最高，二级次之，四级要求最低。《抗震规范》GB50011-2010表格说明《混凝土结构设计计规范》GB50010-2010《建筑抗震设计规规范》GB50011-2010②满足柱的剪剪跨比要求控制柱的剪跨比比主要是为了保保证柱的延性，，工程设计中，，为简化计算一一般通过控制柱柱的长细比≧4（又称长柱）来实现。Hn—框架柱净高，单单位mm；h0—框架柱截面长边边方向计算高度度，h0=h-40，单位mm。实际工程中，由由于层间梁的设设置（如楼梯间间框架柱）、轴轴压比的控制，，总有各别柱不不能满足长柱的的构造要求而成成为短柱(λ=1.5～2.0)、极短柱(λ﹤1.5)，此时常通过提提高柱混凝土的的强度等级、增增加配筋率（主主要是箍筋）等等措施来提高框框架柱的延性。。③满足柱截面面尺寸的最小要要求框架柱的截面宽宽度和高度均不不宜小于300mm，圆柱的截面直直径不宜小于350mm；柱的截面高度度与宽度的比值值不宜大于3。为方便施工，柱柱截面宽度一般般不小于框架主主梁截面宽度+100mm，通常在(1／15～1／20)H之间，其中H为底层柱柱高，，可取基础顶面面（或室外地面面下-0.500m）至一层楼板面面间距离。《建筑抗震设计规规范》GB50011-2010《混凝土结构设计计规范》GB50010-2010对柱截面尺寸没没有规定《高层建筑混凝土土结构技术规程程》JGJ3-2010关于异形柱框架架结构《混凝土异形柱结结构技术规程》(JGJ149-2006）异形柱框架结构构适用的最大高高度：非抗震设计：24m6度(设计基本地震加加速度0.05g）：24m7度(设计基本地震加加速度0.10g）：21m7度(设计基本地震加加速度0.15g）：18m8度(设计基本地震加加速度0.20g）：12m高层建筑不能采采用纯异形柱框框架结构工程设计中，高高层建筑也采用用个别异形柱的的框架结构多层建筑异形柱柱框架结构的设设计方法介绍《混凝土异形柱结结构技术规程》(JGJ149-2006）异形柱形式——L形、T形、十字形，且且截面各肢的肢肢高与肢厚比不大于于4。异形柱截面尺寸——墙肢厚度不应小小于200，墙肢高度不应应小于500。梁截面尺寸——高度（1/10~1/15）计算跨度，非非抗震时不宜小小于350，抗震时不宜小小于400；梁的净跨与截面面高度的比值不不宜小于4；梁的截面宽度不不宜小于截面的的1/4和200。构造要求——混凝土强度等级不不应小于C25，且不高于C50多层建筑异形柱框框架结构的设计方方法介绍平面布置——同一般的框架结构构（配合建筑墙体位位置，在平面上尽尽可能均匀、对称称、周遍布置，在在竖向尽可能连续续布置）结构计算——STWER配筋及构造——-比较一般的框架结结构要求要严格《混凝土异形柱结构构技术规程》(JGJ149-2006）施工——梁柱平接，注意梁梁、柱核心处的施施工质量3、柱上荷载选用与输入入（1）楼面恒载的取值值楼面梁（程序自动动导算）、其他作用在柱上荷荷载PMCAD——建筑建模与荷载输输入——荷载输入——柱上荷载——柱上恒载（2）屋面恒载的取值值屋面梁（程序自动动导算）、其他作用在柱上荷荷载PMCAD——建筑建模与荷载输输入——荷载输入——柱上荷载——柱上恒载（3）楼面活载的取值值楼面梁（程序自动动导算）、其他作用在柱上荷荷载PMCAD——建筑建模与荷载输输入——荷载输入——柱上荷载——柱上活载（4）屋面活载的取值值屋面梁（程序自动动导算）、其他作用在柱上荷荷载PMCAD——建筑建模与荷载输输入——荷载输入——柱上荷载——柱上活载4、计算简图——底部固接，其他刚刚接，计算长度？老规范4、计算简图——底部固接，其他刚刚接，计算长度？老规范新规范教材：P144(1)刚性：指一物体只能发生生平移和转动，而而不发生其它弹性性变形。(2)弹性节点：指结构标准层中不不与楼板相连接的的柱节点。如存在弹性节点，，则对修改计算长长度系数菜单中，，对柱的长度系数数应进行修改。5、柱配筋计算结果果输出合理性的判判别：轴压比是否超限（仅抗震设计有要要求）；按照我国的实际情情况，最大配筋率率为5%，通常控制在3%以下柱配筋率为超过3%，考虑采用焊接箍箍筋。6、柱子钢筋选择钢筋种类---纵向钢筋：II级钢筋、III级、VI级钢筋，直径>=10通常框架柱主筋，，16=<直径<=25箍筋---I级钢筋、II级、III级、VI级钢筋通常框架柱箍筋直直径为8，必要时采用10、12一般构造柱箍筋直直径采用6《混凝土结构设计规规范》GB50010-2010HRB：普通热轧带肋钢钢筋；HRBF：普通热轧细晶粒粒带肋钢筋；HPB：普通热轧光圆钢钢筋；RRB：余热处理钢筋。。程序计算时，框架架柱纵筋的钢筋种类、设计强强度由设计人员输入。。《混凝土结构设计规规范》GB50010-2010程序计算时，框架架柱纵筋的钢筋种类、设计强强度由设计人员输入。。《混凝土结构设计规规范》GB50010-20107、需要注意的地方方对称配置纵向钢筋筋：能拉通配置的的地方，通过钢筋筋直径的调整，尽尽可能拉通配置，，方便施工。注意角筋的选择，，必须满足计算要要求。截面尺寸大于400mm的柱，纵筋间距不不宜大于200mm；最小净距不应小于于50mm（增加）7、需要注意的地方方箍筋必须为封闭箍箍，并有135度弯钩，弯钩要求求与梁箍筋相同。。柱箍筋加密区的箍箍筋肢距，一级不不宜大于200mm，二、三级不宜大大于250mm和20倍箍筋直径的较大大值，四级不宜大大于300mm。至少每隔一根纵向向钢筋宜在两个方方向由箍筋或拉筋筋约束；采用拉筋复合箍时时，拉筋应有135度弯钩，要紧靠纵纵筋并勾住箍筋。。柱非加密区的箍筋筋：除应符合受剪承载载力外，其体积配配箍率不宜小于加加密区的50％；箍筋间距，不不大于加密区箍筋筋间距的2倍，且一、二级框框架柱不大于10倍纵向钢筋直径，，三、四级框架柱柱不大于15倍纵筋直径。箍筋形式：与柱截面尺寸有关关，与配置的纵向向钢筋根数有关，，尽量用复合箍筋筋。《平法》大样《平法》大样8、计算时角柱必须须在特殊梁柱菜单单中进行定义9、需要加强配筋的的地方角柱、短柱以及轴轴压比较大（或配配筋率较高）的柱柱。根据延性框架设计计理念：柱钢筋可可以适当放大！《混凝土结构设计规规范》GB50010-2010《混凝土结构设计规规范》《建筑抗震设计规范范》GB50011-2010《建筑抗震设计规范范》GB50011-2010《建筑抗震设计规范范》GB50011-2010《建筑抗震设计规范范》GB50011-2010《高层建筑混凝土土结构技术规程》》JGJ3-2010《高层建筑混凝土土结构技术