框架柱及剪力墙结构设计

框架柱及剪力墙结构设计

编写：黄恩才

2011年02月

目录

第一部分框架柱结构设计 (3)

一、框架柱的受力特点 (3)

二、框架柱的截面选择 (3)

三、框架柱的构造要求 (8)

四、框架柱配筋设计 (11)

五、框架柱施工图的绘制方法 (13)

六、框架柱设计容易出现的问题 (14)

第二部分剪力墙结构设计 (15)

一、剪力墙的特点 (15)

二、剪力墙布置 (18)

三、剪力墙墙厚 (21)

四、剪力墙配筋设计 (25)

五、剪力墙施工图绘制的几点规定 (40)

六、剪力墙设计中容易出现的问题 (41)

第三部分用探索者软件辅助施工图绘制 (43)

一、TSSD的特点 (43)

二、使用TSSD的要求 (43)

三、TSSD的主要设置参数 (43)

四、TSSD的实例 (45)

第一部分框架柱结构设计

一、框架柱的受力特点

楼面荷载通过楼板传递到梁后，需要经过柱传递到基础，荷载向下传递过程中对柱会产生压力，因此受压是框架柱最重要的受力特点。楼面荷载在梁内传递过程中对梁会产生弯矩，为平衡梁端弯矩，柱也会受到弯矩的作用。此外，当结构受到风荷载或地震作用时，框架柱还要传递剪力，以及剪力产生的弯矩。因此，框架柱受到的内力有压力、剪力及弯矩，图一是框架在竖向荷载下的受力简图。

图一框架柱在竖向荷载作用下的内力简图

二、框架柱的截面选择

柱的截面选择与其受力特点有关，为保证柱在受压的前提下，还能发挥其抗剪、抗弯能力，需要将柱受到的压力限制在一定范围内，通常采用轴压比这个指标来定义这个限值。

轴压比是一个比值，其分子项为柱所受到的压力，分母项为柱的砼抗压能力，计算公式为：

轴压比=N/fc*A

式中N为轴压力，A为柱截面面积，fc*A为承载力。

以C25砼为例，一根截面为1000mmx1000mm的砼柱，其受压承载力=fc*A=11.9x1000x1000=11900000 N=11900 kN=1190 t，若此柱受到的压力为11900 kN，此时轴压比为

N/fc*A=11900/11900=1.0

若控制此柱的轴压比为0.8，说明该柱还有20%的安全储备。因此轴压比实际反映了构件抗压承载力的发挥程度，轴压比越小，构件的安全储备越高（抗震概念上称延性越好）。

关于延性：延性是指材料超过弹性极限后破坏前抵抗变形的能力。影响延性的因素很多，以下仅讨论与轴压比的关系：框架柱同时受到压力、剪力及弯矩的作用，破坏形式有两种，小偏心受压破坏和大偏心受压破坏。大偏心受压破坏是受拉钢筋先屈服然后混凝土被压碎，实际是受拉破坏，属于延性破坏。小偏心受压破坏由于混凝土压碎而产生，不发生钢筋受拉破坏，属于脆性破坏。构件轴压比越小，意味着受到的压力越小，构件发生小偏心受压破坏的可能性越小，发生大偏心受压的弯曲破坏可能性越大，符合抗震设计中延性设计的原则。

轴压比与柱截面有关，因此通过轴压比指标可以确定框架柱截面的大小。

现行抗震规范对轴压比的规定如表一，框架柱轴压比不宜超过表中数值，且不应大于1.05。建造于Ⅳ类场地且较高的高层建筑，表中数值应适当减小。

表一柱轴压比限值表

抗震等级

结构类型

一二三四框架结构0.65 0.75 0.85 0.9 框剪结构0.75 0.85 0.90 0.95 框支结构0.6 0.7

表中红色数字表示新抗规的要求，与原规范相比，新规范的变化主要体现在两个方面，一是四级框架柱的限值由1.05调整到0.9和0.95，二是框架结构减小了0.05。

注意表中限值适用于剪跨比大于2、砼强度等级不高于C60的框架柱。剪跨比不大于2的框架柱，表中限值应降低0.05。砼强度等级高于C60时，按抗规附录B设计。设置芯柱或箍筋加大加密时，可提高柱的变形能力，此时轴压比限值可适当放宽，详规范6.3.6条的注解3、4条。

从该表可以看出，不同结构体系中的框架柱，轴压比限值不同。抗震等级越高，或者说要求在结构中发挥作用越大的框架柱，其安全储备要求越高。

关于抗震等级：抗震等级反映了对结构的抗震要求。由于构件在结构中发挥的作用不同，同一结构不同构件、同一构件在不同结构体系中的抗震要求可能不同。如框剪结构中的框架，其抗震要求就可低于框架结构中的框架，原因是框剪结构中主要是剪力墙发挥作用。

柱截面大小与轴压比有关，轴压比影响到框架柱的延性，因此如

何正确计算轴压比在框架柱设计中很重要。

计算轴压比时轴力N取考虑地震作用组合的设计值，按抗规5.4.1条确定。按抗规6.3.6注解1条，无需进行地震作用计算的结构，可取无地震作用组合的轴力设计值。按抗规5.1.6－1条，6度区部分建筑可不进行截面抗震验算。根据5.1.6条文说明，当地震作用在结构设计中基本上不起控制作用时，以及被地震经验所证明者，可不做抗震验算。考虑到电算速度较快，无论地震作用是否起控制作用，建议均进行地震作用计算。

例如彰武项目，裙楼为四层商业，框架结构，6度，Ⅱ类场地，乙类建筑，框架抗震等级为三级，查表一，框架柱轴压比限值为0.85。采用SATWE计算，考虑地震作用时框架柱的最大轴压比为0.81，不考虑地震作用时最大轴压比为0.94>0.81。出现这种情况与工程条件有关，该工程为多层建筑，地震烈度低，活荷载较大。

考虑地震作用时，按抗规5.4.1条，荷载效应组合的设计值为

S＝1.2重力荷载代表值＋1.3水平地震作用

＝1.2（恒载＋0.5活载）＋1.3水平地震作用

＝1.2恒载＋0.6活载＋1.3水平地震作用（式一）

不考虑地震作用时，按荷载规范3.2.3条，由可变荷载效应控制时，荷载效应组合的设计值为

S=1.2恒载＋1.4活载＋1.4x0.6风（式二）

比较式一和式二，当地震作用较小，活荷载较大时，式二的计算结果可能大于式一，说明框架柱轴力的最不利组合设计值为非地震作