混凝土结构界面选择

Industrial Construction Vol. 40，No. 3，2010 工业建筑 2010 年第 40 卷第 3 期 钢筋混凝土结构框架柱截面尺寸 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 徐湘涛 (成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059) 摘 要:在结构 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 和结构荷载确定后，影响框架柱截面尺寸的控制因素主要为轴压比限值、层间位移 角限值和剪压比限值。在结构设计中，可先进行框架柱截面尺寸估算，并判定框架结构抗震等级，然后通过 PKPM软件试算，根据相应的控制因素限值进行框架柱截面尺寸修正，可取得更佳的技术经济指标。 关键词:钢筋混凝土结构;框架柱;截面尺寸;PKPM DESIGN OF SECTION SIZE OF FRAME COLUMNS FOR REINFORCED CONCRETE STRUCTURES Xu Xiangtao (State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection， Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China) Abstract :The controlling factors of section size of frame columns are axial compression ratio and story drift angle and shear compression ratio. In the design process，section size of frame columns should be estimated and aseismic grade of the frame structure should be determined firstly. And trial calculation is performed by PKPM. And then section size of frame columns are updated according to the corresponding limited value of controlling factors. By above method，better technical and economic indexes are obtained. Keywords :reinforced concrete structure;frame column;section size;PKPM 作 者:徐湘涛，男，1978 年出生，讲师。 E － mail:xtxu@ sohu. com 收稿日期:2009 － 07 － 17 目前，钢筋混凝土结构框架柱截面尺寸的确定 大多采用估算方法，如果估算的截面尺寸符合要求 时，便按估算的截面尺寸作为框架柱的最终截面尺 寸;如果所需的截面尺寸与估算的截面尺寸相差较 大，则需要重新估算和重新计算。如何合理确定框 架柱的截面尺寸以满足使用要求并取得更佳的技术 经济指标，已成为结构设计的关键技术问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。 1 柱截面尺寸控制因素分析 影响框架柱截面尺寸的因素众多且比较重要， 如层间位移角、轴压比、剪压比、纵筋含量和强度、配 箍率、箍筋强度、混凝土强度、保护层厚度等。一般 而言，当竖向荷载效应显著大于水平作用效应时，框 架柱的截面尺寸大多由轴压比因素控制;反之，烈度 越高、建筑层数越多，与水平效应相关的控制因素 (如层间位移角限值、剪压比限值)将更为突出。 1. 1 轴压比 试验研究表明，受压构件的位移延性随轴压比 增加而减小，限制框架柱的轴压比主要是为了保证 框架结构的延性要求。针对框架结构，框架柱的轴 压比 μN 应符合下式 ［1］要求: μN = N Ac fc ≤［μN］ (1) 式中:N 为柱组合的轴压力设计值;Ac 为柱的全截 面面积;fc 为柱混凝土轴心抗压强度设计值;［μN］ 为柱轴压比限值，对框架结构一级、二级和三级抗震 等级，分别取为 0. 7、0. 8 和 0. 9。 1. 2 层间位移角 抗震变形验算是满足建筑正常使用功能的重要 措施，也是抗震性能设计的重要内容，当前采用层间 位移角来衡量结构的变形能力。针对框架结构，应 进行多遇地震作用下的抗震变形验算，其楼层内最 大的弹性层间位移角 θ应符合下式［1］要求: θ = Δue h ≤［θe］ (2) 式中:Δue 为多遇地震作用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值产生的楼层内最 大的弹性层间位移;［θe］为弹性层间位移角限值，钢 筋混凝土框架结构取［θe］= 1 /550;h 为计算楼层层 44 钢筋混凝土结构框架柱截面尺寸设计———徐湘涛 高。 1. 3 剪压比 剪跨比和剪压比是判别抗侧力构件抗震性能的 重要指标，前者用于区分变形特征和变形能力，后者 用于限制内力和保证延性。GB 50011—2001《建筑 抗震设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》［1］规定，框架柱的剪跨比宜大于 2。 针对剪跨比大于 2 的框架柱，其剪压比 β 在有地震 组合时应符合下式［2］要求: β = γREVc βc fcbh0 ≤ 0. 2 (3) 式中:γRE为承载力抗震调整系数，取 0. 85;Vc 为框 架柱的剪力设计值;fc 为柱混凝土轴心抗压强度设 计值;b、h0 分别为柱截面宽度、截面有效高度;βc 为 混凝土强度影响系数，当不超过 C50 时取 0. 2，C80 时取 0. 16，其间按线性内插法确定。 1. 4 控制因素分析 据相关研究［3］，在结构方案和结构荷载确定 后，框架柱截面尺寸控制因素主要为层间位移角限 值、轴压比限值和剪压比限值(表 1)。抗震等级为 三、四级时，柱截面主要由轴压比限值控制，依据轴 压比公式估算柱截面尺寸是合适的;抗震等级为二 级时，弹性层间位移角与轴压比对框架底层柱的影 响程度相当;当为高烈度区、层数较少的二级框架 时，可依据轴压比控制柱截面尺寸;当为中、低烈度 区、层数较多的二级框架时，应主要考虑弹性层间位 移角限值要求;抗震等级为一级时，框架底层柱截面 主要由最小抗剪截面限值条件控制，剪压比验算应 成为设计的关键环节。 表 1 框架柱截面尺寸控制因素分析 Table 1 Controlling factors of frame columns section 地震烈度 高度 /m 抗震等级 控制因素 6 度 ≤30 四 轴压比限值 > 30 三 轴压比限值 7 度 ≤30 三 轴压比限值 > 30 二 弹性层间位移角限值 8 度 ≤30 二 轴压比限值 > 30 一 剪压比限值 9 度 ≤25 一 剪压比限值 2 柱截面尺寸设计 钢筋混凝土结构的优化设计就是让结构在满足 承载力要求的情况下，使构件的混凝土、钢筋用量的 总价最小，可借助 PKPM 软件进行。在框架结构设 计过程中，首先应将板、梁截面尺寸调整合理，并选 定相应的材料强度等级、分析与设计参数，然后输入 估算的柱截面进行试算;由于估算的柱截面尺寸一 般稍偏大，可将其适当缩小，根据 PKPM 试算结果， 再增加柱截面类型、柱变断面层数;而后判定框架结 构抗震等级，根据相应的控制因素限值验算并检查 配筋面积，经反复试算后，最终确定柱截面类型和尺 寸(图 1)。经过上述步骤，可以实现满足承载能力 极限状态和正常使用极限状态的条件下，使柱截面 尺寸取得更佳的技术经济指标。 图 1 框架柱截面设计流程 Fig. 1 Optimum design flowchart of frame columns section 2. 1 柱截面尺寸估算 框架柱的截面尺寸应根据承受竖向荷载大小、 抗震设防烈度、轴压比限值、混凝土强度等级、从属 面积等因素综合考虑确定，一般可根据柱的轴压比 限值按下式［4］估算: Ac ≥ N ［μN］fc = n β A gE ［μN］fc (4) 式中:Ac 为柱截面面积;N 为柱组合的轴压力设计 值;n为验算截面以上楼层数;β 为考虑地震作用组 合后柱轴压力增大系数，边柱取 1. 3、不等跨内柱取 1. 25、等跨内柱取 1. 2;A 为按简支状态计算的柱负 载面积;gE 为折算在单位建筑面积上的重力荷载代 表值，可近似取 12 ～ 15 kN /m2;［μN］为框架柱轴压 比限值，对一级、二级和三级抗震等级，分别取为 0. 7、0. 8 和 0. 9;fc 为混凝土轴心抗压强度设计值。 按上述方法确定的柱截面高度不宜小于 400 mm， 宽度不宜小于 350 mm，柱净高与截面长边尺寸之比 宜大于 4。 2. 2 构造措施 框架柱的截面边长非抗震设计时不宜小于 250 mm，抗震设计时不宜小于 300 mm;圆柱截面直 径不宜小于 350 mm。柱截面尺寸宜用整数，当柱截 面尺寸小于等于 800 mm时，宜取 50 mm的倍数;当 54 工业建筑 2010 年第 40 卷第 3 期 柱截面尺寸大于 800 mm 时，宜用 100 mm 的倍数。 柱剪跨比宜大于 2，截面高宽比不宜大于 3 ［5］。 为减少构件类型以简化施工，多层房屋中柱截 面沿房屋高度不宜改变，高层建筑中柱截面沿房屋 高度可根据房屋层数、高度、荷载等情况保持不变或 作 1 ～ 2 次改变。框架柱上、下层截面高度不同时， 从下至上，边柱一般采取内缩，中柱宜采取两边缩， 每次缩小的柱截面高度以 100 ～ 150 mm为宜。 现浇框架柱混凝土等级，当抗震等级为一级时， 不得低于 C30;抗震等级为二、三、四级及非抗震时， 不得低于 C20;设防烈度 8 度时不宜大于 C70，9 度 时不宜大于 C60［5］。 2. 3 柱截面尺寸控制因素验算 2. 3. 1 轴压比验算 轴压比控制验算可以通过 SATWE“混凝土构件 配筋及钢构件验算简图”实现，该菜单功能是以图 形方式显示配筋计算结果(图 2)，若轴压比 Uc 超 限，则以红色数字显示;反之，以白色数字显示。 a—矩形截面;b—圆形截面 Asc—柱一根角筋的面积;Asx、Asy—该柱 B 边、H 边的单边配筋 面积(含 2 根角筋);Asvj—柱节点域抗剪箍筋的面积;GAsv － Asv0—柱加密区 /非加密区斜截面抗剪箍筋的面积;Uc—柱的轴 压比;As—圆柱全截面配筋面积 图 2 框架柱配筋示意［6］ cm2 Fig. 2 Reinforcement diagram of frame columns 2. 3. 2 层间位移角验算 层间位移角控制验算可以通过“水平力作用下 各层平均侧移简图”实现，可以查看在地震作用和 风荷载作用下结构的变形和内力(包括地震力、层 剪力、弯矩、层位移和层位移角)，这些参数都是以 楼层为单位统计的，可以使用户从宏观上把握结构 在水平力作用下的反应。 2. 3. 3 剪压比验算 考虑地震作用组合的框架柱受剪截面的剪压比 应满足剪压比限值，当不能满足要求时，程序给出超 筋信息，在 SATWE“超配筋信息 WGCPJ. OUT”中提 示“节点域抗剪超限”，在配筋简图上则以红色字符 表示［6］，此时应加大截面或提高混凝土强度等级。 3 算 例 某框架结构办公楼(图 3)，主体结构 8 层，层高 3. 3 m，7度(0. 10g)设防烈度，设计地震分组第一组，场 地类别Ⅱ类，框架抗震等级三级，基本风压 0. 3 kN/m2， 地面粗糙度类别为 C 类。经试算后确定梁截面为 200 mm ×450 mm、楼(屋)面结构板，厚 120 mm。楼 面恒载为 4. 75 kN/m2、活载为 2. 0 kN/m2，屋面恒载 为 6. 70 kN /m2、上人屋面活载为 2. 0 kN /m2，梁间荷 载为 10. 0 kN /m。板混凝土强度等级为 C20，梁、柱 混凝土强度等级为 C25，板钢筋类别为 HPB235，梁、 柱钢筋类别为 HRB335。 图 3 办公楼结构平面布置 Fig. 3 Structure plan of the office building 首先，进行柱截面估算，采用方形柱，估算中柱、 边柱、角柱边长分别为 599、521、369 mm，应分别取 600、550、400 mm，试算后，满足要求(图 4)。 由于该框架结构抗震等级为三级，柱截面控制 因素为轴压比限值，可通过缩小柱截面尺寸并控制 轴压比限值进行优化设计;由于为多层房屋，柱截面 沿房屋高度可不予改变。经试算后，在满足要求的 前提下，柱截面中柱、边柱、角柱边长可分别取 500， 450，400 mm(图 5)。相比于估算截面，修正后的框 架柱截面尺寸大大减小。 a—中柱;b—边柱;c—角柱 注:图中数字和字符的含义与图 2 相同。 图 4 估算截面验算结果示意 Fig. 4 Check diagram of the estimated sections a—中柱;b—边柱;c—角柱 注:图中数字和字符的含义与图 2 相同。 图 5 修正截面验算结果示意 Fig. 5 Check diagram of the optimized sections (下转第 59 页) 64 考虑恒荷载作用效应的弹性补偿有限元法———张 伟，等 a—本文算法;b—EPIM 图 13 极限状态下钢框架的弯矩图 MN·m Fig. 13 Bending moment diagram of steel frame at limit state 恒荷载作用效应的结构塑性极限分析中，为实际工 程结构的安全评价和防灾减灾措施提供依据。 参考文献 ［1］ 郑颖人，赵尚毅，邓楚键，等. 有限元极限分析法发展及其在 岩土工程中的应用［J］. 中国工程科学，2006，8(12):39 － 61. ［2］ 任青文. 高拱坝安全性研究现状及存在问题分析［J］. 水利学 报，2007，38(9):1023 － 1031. ［3］ 张远高，张丕辛，陆明万. 多组荷载作用下结构的极限分析 ［J］. 清华大学学报:自然科学版，1993，33(5):l － 6. ［4］ Zhang Y G，Zhang P X，Xue W M. 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(上接第 46 页) 4 结 论 1)在结构方案和结构荷载确定后，影响框架柱 截面尺寸的控制因素主要为轴压比限值、层间位移 角限值和剪压比限值，控制因素随框架结构抗震等 级不同而有所变动。 2)在结构设计中，可先进行框架柱截面尺寸估 算，并判定结构抗震等级，然后应用 PKPM 软件试 算，根据相应的控制因素限值进行框架柱截面尺寸 修正，可取得更佳的技术经济指标。 参考文献 ［1］ GB 50011—2001 建筑抗震设计规范［S］. ［2］ GB 50010—2002 混凝土结构设计规范［S］. ［3］ 夏洪流，李英民，周长安. 钢筋混凝土抗震框架柱截面尺寸 控制因素分析［J］. 世界地震工程，2004，20(3):128 － 134. ［4］ 梁兴文，史文轩. 土木工程专业毕业设计指导［M］. 北京:科 学出版社，2002:24 － 25. ［5］ JGJ 3—2002 高层建筑混凝土结构技术规程［S］. ［6］ 中国建筑科学研究院 PKPMCAD 工程部. 多层及高层建筑结 构空间有限元分析与设计软件 SATWE 用户手册及技术条件 ［M］. 北京:中国建筑科学研究院 PKPMCAD 工程部发行， 2005:55 － 56，97 － 98. 95