框架柱及剪力牆結構設計
2023年02月
目錄第一部分框架柱結構設計 3
一、框架柱的受力特點 3
二、框架柱的截面選擇 3
三、框架柱的構造要求 8
四、框架柱配筋設計 11
五、框架柱施工圖的繪製方法 13
六、框架柱設計容易出現的問題 14
第二部分剪力牆結構設計 15
一、剪力牆的特點 15
二、剪力牆布置 18
三、剪力牆牆厚 21
四、剪力牆配筋設計 25
五、剪力牆施工圖繪製的幾點規定 40
六、剪力牆設計中容易出現的問題 41
第三部分用探索者軟體輔助施工圖繪製 43
一、tssd的特點 43
二、使用tssd的要求 43
三、tssd的主要設定引數 43
四、tssd的例項 45
樓面荷載通過樓板傳遞到梁後，需要經過柱傳遞到基礎，荷載向下傳遞過程中對柱會產生壓力，因此受壓是框架柱最重要的受力特點。樓面荷載在樑內傳遞過程中對樑會產生彎矩，為平衡樑端彎矩，柱也會受到彎矩的作用。此外，當結構受到風荷載或**作用時，框架柱還要傳遞剪力，以及剪力產生的彎矩。
因此，框架柱受到的內力有壓力、剪力及彎矩，圖一是框架在豎向荷載下的受力簡圖。
圖一框架柱在豎向荷載作用下的內力簡圖
柱的截面選擇與其受力特點有關，為保證柱在受壓的前提下，還能發揮其抗剪、抗彎能力，需要將柱受到的壓力限制在一定範圍內，通常採用軸壓比這個指標來定義這個限值。
軸壓比是乙個比值，其分子項為柱所受到的壓力，分母項為柱的砼抗壓能力，計算公式為：
軸壓比=n/fc*a
式中n為軸壓力，a為柱截面面積，fc*a為承載力。
以c25砼為例，一根截面為1000mmx1000mm的砼柱，其受壓承載力=fc*a=11.9x1000x1000=11900000 n=11900 kn=1190 t，若此柱受到的壓力為11900 kn，此時軸壓比為
n/fc*a=11900/11900=1.0
若控制此柱的軸壓比為0.8，說明該柱還有20%的安全儲備。因此軸壓比實際反映了構件抗壓承載力的發揮程度，軸壓比越小，構件的安全儲備越高（抗震概念上稱延性越好）。
關於延性：延性是指材料超過彈性極限後破壞前抵抗變形的能力。影響延性的因素很多，以下僅討論與軸壓比的關係：
框架柱同時受到壓力、剪力及彎矩的作用，破壞形式有兩種，小偏心受壓破壞和大偏心受壓破壞。大偏心受壓破壞是受拉鋼筋先屈服然後混凝土被壓碎，實際是受拉破壞，屬於延性破壞。小偏心受壓破壞由於混凝土壓碎而產生，不發生鋼筋受拉破壞，屬於脆性破壞。
構件軸壓比越小，意味著受到的壓力越小，構件發生小偏心受壓破壞的可能性越小，發生大偏心受壓的彎曲破壞可能性越大，符合抗震設計中延性設計的原則。
軸壓比與柱截面有關，因此通過軸壓比指標可以確定框架柱截面的大小。
現行抗震規範對軸壓比的規定如表一，框架柱軸壓比不宜超過表中數值，且不應大於1.05。建造於ⅳ類場地且較高的高層建築，表中數值應適當減小。
表一柱軸壓比限值表
表中紅色數字表示新抗規的要求，與原規範相比，新規範的變化主要體現在兩個方面，一是四級框架柱的限值由1.05調整到0.9和0.95，二是框架結構減小了0.05。
注意表中限值適用於剪跨比大於2、砼強度等級不高於c60的框架柱。剪跨比不大於2的框架柱，表中限值應降低0.05。
砼強度等級高於c60時，按抗規附錄b設計。設定芯柱或箍筋加大加密時，可提高柱的變形能力，此時軸壓比限值可適當放寬，詳規範6.3.
6條的註解3、4條。
從該錶可以看出，不同結構體系中的框架柱，軸壓比限值不同。抗震等級越高，或者說要求在結構中發揮作用越大的框架柱，其安全儲備要求越高。
關於抗震等級：抗震等級反映了對結構的抗震要求。由於構件在結構中發揮的作用不同，同一結構不同構件、同一構件在不同結構體系中的抗震要求可能不同。
如框剪結構中的框架，其抗震要求就可低於框架結構中的框架，原因是框剪結構中主要是剪力牆發揮作用。
柱截面大小與軸壓比有關，軸壓比影響到框架柱的延性，因此如何正確計算軸壓比在框架柱設計中很重要。
計算軸壓比時軸力n取考慮**作用組合的設計值，按抗規5.4.1條確定。
按抗規6.3.6註解1條，無需進行**作用計算的結構，可取無**作用組合的軸力設計值。
按抗規5.1.6－1條，6度區部分建築可不進行截面抗震驗算。
根據5.1.6條文說明，當**作用在結構設計中基本上不起控制作用時，以及被**經驗所證明者，可不做抗震驗算。
考慮到電算速度較快，無論**作用是否起控制作用，建議均進行**作用計算。
例如彰武專案，裙樓為四層商業，框架結構，6度，ⅱ類場地，乙類建築，框架抗震等級為**，查表一，框架柱軸壓比限值為0.85。採用satwe計算，考慮**作用時框架柱的最大軸壓比為0.
81，不考慮**作用時最大軸壓比為0.94>0.81。
出現這種情況與工程條件有關，該工程為多層建築，**烈度低，活荷載較大。
考慮**作用時，按抗規5.4.1條，荷載效應組合的設計值為
s＝1.2重力荷載代表值＋1.3水平**作用
＝1.2（恆載＋0.5活載）＋1.3水平**作用
＝1.2恆載＋0.6活載＋1.3水平**作用 （式一）
不考慮**作用時，按荷載規範3.2.3條，由可變荷載效應控制時，荷載效應組合的設計值為
s=1.2恆載＋1.4活載＋1.4x0.6風 （式二）
比較式一和式二，當**作用較小，活荷載較大時，式二的計算結果可能大於式一，說明框架柱軸力的最不利組合設計值為非**作用組合。
注意按表一驗算軸壓比時軸力n並不一定是最不利組合，當最不利組合設計值n為非**組合時，應按抗規6.3.6註解5條控制軸壓比，即要求軸壓比≤1.05即可。
本專案按考慮**作用軸壓比0.81＜0.85，滿足要求。
若按不考慮**作用，0.94<1.05，也滿足要求。
若用非**組合值0.94與0.85比較，將導致柱截面加大，不經濟。
pkpm完成結構計算後，會提供框架柱的軸壓比計算結果，顯示在框架柱的左上方，為一帶括號的數字，如圖二為某框架柱的satwe計算結果，該柱的軸壓比0.17。該框架柱的抗震等級為一級，軸壓比滿足表一的要求。
圖二框架柱計算結果圖三框架柱施工圖
根據satwe軸壓比計算結果及規範限值可調整框架柱截面大小。初步設計時，也可按20 kn/m2的樓層荷載估算柱截面。例如某4層框架，柱網8x8m，每層柱承擔的荷載為20x8x8＝1280 kn，4層荷載傳至柱底的壓力n=1280x4=5120 kn。
若軸壓比控制為0.8，砼等級取c40，那麼柱截面面積a＝5120x1000/（19.1x0.
8）＝335078mm2，柱截面可取600x600mm。
當某框架柱的軸壓比超出規範限值時，satwe計算結果中「超配筋資訊」會提示哪個編號的框架柱軸壓比不滿足要求，這時可考慮提高砼等級或加大柱截面。
軸壓比僅是控制柱最小截面，保證框架柱的基本延性。柱子最終截面還與樓層高度（失穩）、結構側向剛度（控制位移）、甚至框架梁寬度有關，如當框架梁截面較寬時，為方便梁縱筋錨入柱內，儘管軸壓比較小，也可能取較大的柱截面。對於低層建築，當梁跨度較大時，儘管柱受到的壓力不大，通常採用截面寬度大於梁寬的框架柱，此時軸壓比不起控制作用。
除了限制軸壓比外，抗震設計對框架柱還有其它構造要求，詳抗震規範6.3.5~6.3.10條，簡單介紹如下：
1、截面尺寸：柱截面的寬度和高度（圓柱的直徑），四級或不超過2層時不宜小於300（350），
一、二、**且超過2層不宜小於400（450）。
2、縱筋最小配筋率：同其它砼構件一樣，框架柱縱筋也有最小配筋率要求。不同位置、不同抗震等級的框架柱縱筋最小配筋率列於表二。
表二框架柱最小配筋率
注：（1）該錶用於鋼筋強度標準值為400mpa。鋼筋強度標準值＞400mpa時，表中數值可減小0.05。
（2）表中括號內數值用於框架結構的柱。
（3）框架柱每側縱筋配筋率尚不應小於0.2%。
（4）以下情況，表中數值應增加0.05：①iv類場地且較高的高層建築；②鋼筋強度標準值小於400mpa；③砼等級高於c60。
3、延性要求：除限制軸壓比外，為保證強剪弱彎，提高構件變形能力，要求柱端箍筋加密。加密區範圍、箍筋直徑和間距及肢距、箍筋體積配筋率均有要求。
還要求縱筋配筋率不應過大，一般框架柱不應大於5%，框支柱配筋率不宜大於4.0%，剪跨比不大於2的一級框架柱，其每側縱筋配筋率不宜大於1.2%。
柱箍筋加密區的體積配箍率應符合下式要求：
ρv=λv*fc /fyv， λv查抗規表6.3.9
fc為砼抗壓強度設計值，強度等級低於c35時，按c35計算，因此建議框架柱採用砼等級不小於c35。
fyv為箍筋抗拉強度設計值，超過360mpa時按360mpa計算。fyv越大，ρv越小。為減小箍筋用量，柱箍筋應採用高強度鋼筋。
實配箍筋的體積配箍率按砼規範7.8.3條計算：
ρv=asv*∑l/acor*s，
其中asv為箍筋面積，∑l 為截面內所有箍筋長度之和，acor為外圈箍筋內表面（也就是縱筋外邊界）面積，s為箍筋沿豎向間距。注意按新抗規，不用扣除重疊部分的箍筋體積。
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