框架柱截面设计(抗震设计)

14框架柱截面设计14.1 框架柱设计条件各层柱均选用C35，f c =16.7N/mm 2，f t =1.57N/mm 2，柱主筋选用HRB400，f y = f’y =360N/mm 2，箍筋选用HPB300，f y = f’y =270N/mm 2。

各层柱截面尺寸都为400mm ×400mm ， 混凝土临界相对受压区高度：ξb =β11+f yE s εcu=0.81+3602.06×105×0.0033=0.518本工程为现浇钢筋混凝土结构，抗震设防烈度为6度（0.05g ），高度＜24m ，按规范，抗震等级取为四级。

查抗震规范得，柱的轴压比应小于轴压比限值[0.90]。

本设计不考虑地震作用，且柱轴压比皆小于限值[0.90]。

14.2 框架柱正截面设计计算说明：①偏心受压构件不需要考虑附加弯矩影响（P-δ效应,挠曲二阶效应）的条件： •9.021≤M M ； •设计轴压比不大于0.9；•长细比满足：)/(1234/21M M i l c -≤式中：21M M 、——分别为已考虑侧移影响的偏心受压构件两端截面按结构弹性分析确定 的对同一主轴的组合弯矩设计值，绝对值较大的为2M ，绝对值较小端 为1M ，当构件按单曲率弯曲时，21/M M 取正值，否则取负值；l c——构件的计算长度，近似取偏心受压构件相应主轴方向上下支撑点之间 的距离；i ——偏心方向的截面回转半径。

②偏心受压构件，考虑轴向压力在挠曲杆件中产生的二阶效应后控制截面弯矩设计值计，应按下列公式计算：2M C M ns m η= 21/3.07.0M M C m +=c c a ns hl h e N M ςη202)(/)/(130011++=N A f c c /5.0=ς式中：m C ——构件端截面偏心调节系数，当小于0.7时取0.7；ns η——弯矩增大系数；N ——弯矩设计值2M 相应的轴向压力设计值；c ς——截面曲率修正系数，当计算值大于1.0时取1.0；a e ——附加偏心距，取20mm 和h /30两者中的较大值；h ——截面高度；0h ——截面有效高度； A ——构件截面面积；当ns m C η小于1.0时取1.0。

房屋建筑框架结构抗震设计要点摘要：如何从我国的地震环境和社会经济发展的实际情况出发，不断提高建筑结构抗震设计的水平，使之更安全可靠、更合理经济，是结构设计人员的重要任务。

本文阐述了框架结构抗震设计时应注意的问题，探讨了框架结构抗震设计几个要点。

关键词：房屋建筑框架结构抗震设计要点近年来中国房地产的迅猛发展给建筑业的发展带来了很大机遇和挑战，房地产市场的日趋成熟和完善要求建筑功能越来越多样性和复杂性，因此如何在满足建筑功能的同时设计出安全经济合理的结构体系对设计人员是一种不小的挑战，这就需要我们结构设计人员在设计过程中不断的总结和提高。

一、抗震设计应注意的问题中国地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广，是一个震灾严重的国家。

据统计，我国绝大部分地区均发生过较强的破坏性地震，给人民的生命和财产造成了非常大的损失，如2008年5月12日发生的汶川地震、2010年4月14日发生的玉树地震都造成了大量房屋倒塌、大量人员伤亡。

因此，抗震设计是结构设计人员的一大课题，把好抗震设计关，提高建筑物的抗震能力才是减轻地震灾害的根本措施。

1、结构的抗震设计还不能完全依赖“计算设计”，更应该重视“概念设计”。

概念设计是一种基于震害经验建立的抗震基本设计原则和思想。

其目标是避免出现会导致结构过早破坏的敏感薄弱部位。

结构抗震设计中特别要注意贯彻“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的设计原则，强柱弱梁就是要求柱的抗弯能力高于梁的抗弯能力，强剪弱弯就是防止构件受剪破坏，要求杆件的受剪承载力高于受弯承载力，强节点弱构件就是要防止节点破坏先于构件。

大量的工程设计中我们发现框架梁上部配筋一般比较大，这是因为考虑了梁翼缘作用和梁裂缝宽度验算后增加了较多梁纵向钢筋，从而增大了梁端的承载力，相对减小了柱端承载力，可能会形成“强梁弱柱”，这样做的后果就是地震发生时可能使得塑性铰出现在柱端而未按照预期出现在梁端部，我们的做法是严格控制梁端裂缝验算宽度刚好满足规范要求，不因裂缝宽度过小而使得梁端增加过多的钢筋。

抗震框架设计一、结构选型与布置1.结构方案选择房屋结构方案应根据使用要求、材料供应和施工条件进行必要的经济技术比较，在满足安全、适用和耐久性的前提下，尽可能做到经济合理、技术先进。

房屋的结构型式，应根据建筑物的功能、造型、房屋的高度、工程地质条件、工期等物质与技术条件来确定，根据教学要求，本次设计的主体房屋采用钢筋混凝土框架结构。

结构体系的选择，与房屋内部的空间要求有关，还与所受的荷载性质及其大小有关。

钢筋混凝土框架结构可采用横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架承重体系等。

钢筋混凝土框架结构房屋按施工方法的不同可分为现浇整体式、装配式和装配整体式。

地震区的混凝土框架结构主要采用现浇整体式框架。

2.结构布置房屋的结构布置，既要满足建筑在使用和造型上的要求，又必须考虑到结构布置合理，有利抗震。

建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，体型力求简单，并应具有良好的整体性。

建筑的立面和剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化。

房屋楼层不宜错层。

当建筑平面突出部分较长，结构刚度和荷载相差悬殊或房屋有较大错层时，宜设防震缝将房屋划分为平面规整、对称的单元。

（1）框架结构的承重方案通常有三种：1）横向框架承重方案由横向框架梁与柱构成主要承重框架，纵向由连系梁将横向框架连成一空间结构体系。

建议本次课程设计采用此方案。

2）纵向框架承重方案由纵向框架梁与柱构成主要承重框架，横向由连系梁将纵向框架连成一空间结构体系。

此承重方案横向刚度较差。

3）纵横向框架承重方案沿房屋纵横向布置承重框架，当房屋的纵横两个方向的长度相等或接近时，或两个方向柱列区格相近时，或有抗震设防要求时，宜采用此承重方案。

有关各种承重方案具体特点及适用性详见教材及相关参考书。

（2）柱网与层高多层工业与民用房屋的平面与剖面尺寸，应按《建筑模数协调统一标准》和《厂房建筑模数协调标准》确定，设计时应满足建筑上的功能要求，同时应尽可能地考虑构件的标准化。

（3）板、梁、柱截面尺寸初估本次课程设计梁、柱截面采用矩形截面，截面尺寸应符合现行规范的构造要求。

框架梁截面设计 8.1框架梁截面设计以轴③/⑧第1层AC 跨框架梁的计算为例。

1、梁的最不利内力：经以上计算可知，梁的最不利内力如下： 跨间： M max =263.65kN ·m 支座A ：M max =187.06kN ·m 支座C 左：M max =199.57kN ·m 调整后剪力：V=58.24kN 2、梁正截面受弯承载力计算：抗震设计中，对于楼面现浇的框架结构，梁支座负弯矩按矩形截面计算纵筋数量。

跨中正弯矩按T 形截面计算纵筋数量，跨中截面的计算弯矩，应取该跨的跨间最大正弯矩或支座弯矩与1/2简支梁弯矩之中的较大者，依据上述理论，得： （1）考虑跨间最大弯矩处：按T 形截面设计，翼缘计算宽度b f ，按跨度考虑，取b f ，=l/3=6.4/3=2133mm ，梁内纵向钢筋选II 级热扎钢筋，（f y =f y ，=300N/mm 2），h 0=h-a s =750-35=715mm ， 因为 α1f c b f ，h f ，（ h 0- h f ，/2） =1.0×14.3×2133×100×（715-100/2） =2028.38KN ·m>263.65KN ·m 属第一类T 形截面。

下部跨间截面按单筋T 形截面计算：αs =M/α1f c b f h 02=263.65*106/1.0*14.3*2133*7152=0.017 ξ=1-（1-2αs ）1/2=0.017＜ξb =0.55 γs =0.5×[1+（1-2αs ）1/2]=0.992 A s =M/f yS h 0=263.65*106/300*0.992*715=1239mm 2实配钢筋4Ф20，A s =1256 mm 2。

ρ= A s /bh 0=1256/300*715=0.59％>ρmin 0h h=0.45 0t y f hf h =0.45×1.43/300*750/715=0.225%，同时，ρ＞0.2％×0hh =0.2％×750/715=0.209%，满足要求。

中文词条名：框架柱的截面尺寸确定方法英文词条名：(1)现浇框架柱的混凝土强度等级，当抗震等级为一级时，不得低于C30；抗震等级为二至四级及非抗震设计时，不低于C20，设防烈度8度时不宜大于C70，9度时不宜大于C60。

(2)框架柱截面尺寸，可根据柱支承的楼层面积计算由竖向荷载产生的轴力设计值`N_V`(荷载分项系数可取1.25)，按下列公式估算柱截面积`A_O`，然后再确定柱边长。

1)仪有风荷载作用或无地震作用组合时N=(10.5~1.1)`N_V` (5-15)`A_C`≥`(N)/(F_C)` (5-16)2) 有水平地震作用组合时N=Ζ`N_V` (5-17)Ζ为增大系数,框架结构外柱取1.3,不等跨内柱取1.25,等跨内柱取1.2;框剪结构外柱取1.1~1. 2,内桩取1.0.有地震作用组合时柱所需截面面积为`A_C`≥`(N)/(Μ_NF_C)` (5-18)其中`F_C`为混凝土轴心抗压强度设计值,`Μ_N`为柱轴压比限值当不能满足公式(5-16)、(5-18)时，应增大柱截面或提高混凝土强度等级。

(3)柱截耐尺寸：非抗震设计时，不宜小于250MM，抗震设计时，不宜小于300MM；圆柱截面直径不宜小于350MM；柱剪跨比宜大于2；柱截面高宽比不宜大于3。

框架柱剪跨比可按下式计算：Λ=M/(V`H_O`) (5-19)式中Λ——框架柱的剪跨比。

反弯点位于柱高中部的框架柱，可取柱净高与2倍柱截面有效高度之比值；M-柱端截面组合的弯矩计算值，可取上、下端的较大值；V-柱端截面与组台弯矩计算值对应的组合剪力计算值；`H_O`——计算方向上截面有效高度。

(4)柱的剪跨比宜大于2，以避免产生剪切破坏。

在设计中，楼梯间、设备层等部位难以避免短柱时，除应验算柱的受剪承载力以外，还应采取措施提高其延性和抗剪能力(5)框架柱截面尺寸应满足抗剪(即剪压比)要求。

矩形截面柱应符合下列要求；无地震组合时`Ν_C`≤`0.25Β_CF_CBH_O` (5-20)`Ν_C`≤`(1)/(R_RE)`(0.2)`Β_CF_CBH_O` (5-21)`Ν_C`≤`(1)/(R_RE)`(0.15)`Β_CF_CBH_O` (5-22)式中 `V_C`——框架柱的剪力设计值；`F_C`——混凝土轴心抗压强度设计值；B、`H_O`——柱截面宽度和截面有效高度；`R_RE`----承载力抗震调整系数为O 85；`Β_C`——当≤C50时，`Β_C`取1.0；C80时，`Β_C`取0.8；C50～C80之间时，取其内插值。

柱截面尺寸柱截面尺寸初选，要同时满足最小截面、侧移限值和轴压比等诸多因素影响。

一般可通过满足轴压比限值惊醒截面估计。

由《建筑抗震规范》（GB50011-2001）第6.3.7条和表6.3.7知，当抗震等级为三级时，框架柱的轴压比最大限值[μN]为0.9。

由《混凝土结构设计》教材第281页（4-11）和式（4-12）估算框架柱的截面尺寸：式（4-12）N＝βFgEn，其中N—地震作用组合下柱的轴向压力设计值；β—考虑地震作用组合后柱的轴向压力增大系数，边柱取1.3，等跨内柱取1.2；F—按简支状态计算的柱的负载面积。

本设计柱网尺寸大部分为7.5m×7.5m，部分8.4m×8.4m。

gE—折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似取12-15KN/ m2 ；在此取gE＝12 KN/ m2 。

n—演算截面以上楼层层数。

由式（4-11） N/（fcAc）≤[μN]得 Ac ≥N/[μN]×fc由《抗规》知，框架柱按二级抗震等级设计时，其混凝土强度等级不应低于C20。

在本设计中框架梁和柱的混凝土强度等级均采用C30。

由《建筑抗震设计》教材第四章第七节知矩形截面框架柱的截面尺寸宜符合以下两点要求：截面的宽度和高度均不宜小于300mm；截面长边与短边的边长比不宜大于3。

为此，对于首层选用800mm×800mm，部分采用900mm×900mm。

对于其他层，考虑到施工方便，柱截面不宜变化太多。

通过初步估算以及PKPM 验算，最终确定框架的截面尺寸为：首层-八层：选用800mm×800mm，部分采用900mm×900mm。

梁截面尺寸框架梁（主梁）截面尺寸：主梁截面高度：h＝（1/10～1/12）L＝（1/10～1/12）×8400＝(840～700)mm，取h＝800mm;主梁截面宽度：b＝（1/2～1/3）h＝（1/2～1/3）×800＝(400～267)mm，取b＝400mm。

关于地震区框架柱截面尺寸的规定
地震框架是结构工程中重要的组成部分，它确定结构抗震性能的核心，是决定结构抗震性能最重要的基础。

因此，对地震框架的柱截面尺寸的规定，具有非常重要的意义。

一般来说，柱截面尺寸的规定主要包括弹性矩的大小、截面的形状和断面的几何形状。

弹性矩的大小由弹性限度决定，一般弹性矩的设计值高于地震作用下的弹性限度1.3到1.5倍，铰接构件可以提高1.5倍。

柱截面的形状一般采用平行六边形，断面的几何形状可采取六边形、矩形或者其他形式，也可以复合楼板组成部分抗震性能较强的细分楼板。

对于相同地震等级的结构，柱截面尺寸的规定应根据建筑物整体抗震行为明确规定，满足抗震性能的要求。

柱截面的尺寸过小，不仅无法达到抗震要求，而且容易发生破坏；柱截面尺寸过大，不仅占用空间，而且还会降低结构的美观度。

地震框架截面尺寸的计算和选择，是一个综合考虑的过程，必须根据抗震性能要求、建筑物使用功能以及结构的物理性能，综合考虑柱截面尺寸的合理性与性能要求，以确保结构的安全与美观。

中文词条名：框架柱的截面尺寸确定方法英文词条名：(1)现浇框架柱的混凝土强度等级，当抗震等级为一级时，不得低于C30；抗震等级为二至四级及非抗震设计时，不低于C20，设防烈度8度时不宜大于C70，9度时不宜大于C60。

(2)框架柱截面尺寸，可根据柱支承的楼层面积计算由竖向荷载产生的轴力设计值`N_V`(荷载分项系数可取1.25)，按下列公式估算柱截面积`A_O`，然后再确定柱边长。

1)仪有风荷载作用或无地震作用组合时N=(10.5~1.1)`N_V` (5-15)`A_C`≥`(N)/(F_C)` (5-16)2) 有水平地震作用组合时N=Ζ`N_V` (5-17)Ζ为增大系数,框架结构外柱取1.3,不等跨内柱取1.25,等跨内柱取1.2;框剪结构外柱取1.1~1. 2,内桩取1.0.有地震作用组合时柱所需截面面积为`A_C`≥`(N)/(Μ_NF_C)` (5-18)其中`F_C`为混凝土轴心抗压强度设计值,`Μ_N`为柱轴压比限值当不能满足公式(5-16)、(5-18)时，应增大柱截面或提高混凝土强度等级。

(3)柱截耐尺寸：非抗震设计时，不宜小于250MM，抗震设计时，不宜小于300MM；圆柱截面直径不宜小于350MM；柱剪跨比宜大于2；柱截面高宽比不宜大于3。

框架柱剪跨比可按下式计算：Λ=M/(V`H_O`) (5-19)式中Λ——框架柱的剪跨比。

反弯点位于柱高中部的框架柱，可取柱净高与2倍柱截面有效高度之比值；M-柱端截面组合的弯矩计算值，可取上、下端的较大值；V-柱端截面与组台弯矩计算值对应的组合剪力计算值；`H_O`——计算方向上截面有效高度。

(4)柱的剪跨比宜大于2，以避免产生剪切破坏。

在设计中，楼梯间、设备层等部位难以避免短柱时，除应验算柱的受剪承载力以外，还应采取措施提高其延性和抗剪能力(5)框架柱截面尺寸应满足抗剪(即剪压比)要求。

矩形截面柱应符合下列要求；无地震组合时`Ν_C`≤`0.25Β_CF_CBH_O` (5-20)`Ν_C`≤`(1)/(R_RE)`(0.2)`Β_CF_CBH_O` (5-21)`Ν_C`≤`(1)/(R_RE)`(0.15)`Β_CF_CBH_O` (5-22)式中 `V_C`——框架柱的剪力设计值；`F_C`——混凝土轴心抗压强度设计值；B、`H_O`——柱截面宽度和截面有效高度；`R_RE`----承载力抗震调整系数为O 85；`Β_C`——当≤C50时，`Β_C`取1.0；C80时，`Β_C`取0.8；C50～C80之间时，取其内插值。

框架柱的抗震设计作者：杨淑荣来源：《城市建设理论研究》2013年第02期摘要：通过对框架柱在地震中几种破坏形态的分析，结合现行建筑抗震设计规范对柱的各种要求，针对可能出现的各种破坏所采取的相应的构造措施，使整体框架具有一定的延性。

关键：框架结构抗震设计短柱中图分类号：TU973+.31 文献标识码：A 文章编号：引言框架结构的建筑平面布置灵活、适用性强是它的突出优点。

在框架结构中，柱作为承重的竖向构件，承担着整个结构的竖向荷载和水平力引起的附加荷载。

一旦破坏，危及着整栋建筑的安全。

由于柱的受力情况比较复杂，且延性较差，故框架柱的抗震设计尤为重要。

在框架结构中，震害的发生多数是由于其延性和强度不足。

大量的实事证明，框架结构的震害一般是：柱的震害重于梁，角柱的震害重于一般柱。

这一现象也在汶川地震中得以证实。

所以在框架结构抗震设计中，一般遵守强柱弱梁、强剪弱弯、避免节点和锚固的过早破坏，增大构件延性和耗能能力的原则，所谓强柱弱梁，是从柱与梁的相对承载能力来说，柱的承载能力应大于梁的承载能力，使塑性铰尽可能都发生在梁上，也就是要尽可能实现总体屈服机制。

柱的常见破坏形式弯曲破坏：大量的实验资料和震害实例表明，框架柱的破坏类型有：由于柱子的纵筋配置不足，在弯矩作用下，柱子将会出现弯曲破坏，产生周围的水平裂缝，裂缝一般比较小。

剪切破坏柱在往复水平地震力作用下，会出现斜裂缝或交叉裂缝，裂缝宽度较大，属于脆性破坏，其原因：一方面柱子抗剪强度不足会造成柱身的剪切破坏，另外一方面，由于使用功能或建筑造型的需要，框架常有错层或不到顶的填充墙。

这样使柱子的变形受到约束，导致柱的计算长度变小，从而剪弯比变小，也会导致剪切破坏。

压弯破坏柱子在轴力和弯矩作用下，混凝土压碎剥落，主筋压曲成灯笼状，造成压弯破坏。

柱子轴压比过大，主筋配置不足，箍筋过稀等，都会导致压弯破坏。

压弯破坏大多出现在梁底与柱顶的交接处。

同剪弯破坏一样，压弯破坏也属于脆性破坏，难以修复。