11.4  框架柱及框支柱

第11.4.1条   

考虑地震作用组合的框架柱和框支柱,其抗震正截面承载力应按本规范第7章的规定计算,但在承载力计算公式的右边,均应除以相应的正截面承载力抗震调整系数γRE

 

第11.4.2条   

考虑地震作用组合的框架柱,其节点上、下端和框支柱的中间层节点上、下端的截面内力设计值应按下列公式计算:

1. 节点上、下柱端的弯矩设计值

1) 9度设防烈度的各类框架和一级抗震等级的框架结构

 

  (11.4.2-1)

 

且不应小于按公式(11.4.2-2)求得的ΣMc值。

2) 其他情况
一级抗震等级

 

   (11.4.2-2)

二级抗震等级

 

  (11.4.2-3)

三级抗震等级

 

  (11.4.2-4)

 

四级抗震等级,柱端弯矩设计值取地震作用组合下的弯矩设计值。
 

式中

--考虑地震作用组合的节点上、下柱端的弯矩设计值之和;柱端弯矩设计值的确定,在一般情况下,可将公式(11.4.2-1)至公式(11.4.2-4) 计算的弯矩之和,按上、下柱端弹性分析所得的考虑地震作用组合的弯矩比进行分配;
 

: 同一节点左、右梁端按顺时针和逆时针方向采用实配钢筋截面面积和材料强度标准值,且考虑承载力抗震调整系数计算的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值之和的较大值;其中梁端的Mbua应按本规范第11.3.2条的有关规定计算;
 

: 同一节点左、右梁端,按顺时针和逆时针方向计算的两端考虑地震作用组合的弯矩设计值之和的较大值;一级抗震等级,当两端弯矩均为负弯矩时,绝对值较小的弯矩值应取零。
当反弯点不在柱的层高范围内时,一、二、三级抗震等级的框架柱端弯矩设计值应按考虑地震作用组合的弯矩设计值分别直接乘以系数1.4、1.2、1.1确定;框架顶层柱、轴压比小于0.15的柱,柱端弯矩设计值可取地震作用组合下的弯矩设计值。
 

2. 节点上、下柱端的轴向力设计值,应取地震作用组合下各自的轴向力设计值。

 

第11.4.3条   

考虑地震作用组合的框架结构底层柱下端截面和框支柱的顶层柱上端和底层柱下端截面的弯矩设计值,对一、二、三级抗震等级应按考虑地震作用组合的弯矩设计值分别乘以系数1.5、1.25和1.15确定。底层柱纵向钢筋宜按柱上、下端的不利情况配置。

※注:

底层指无地下室的基础以上或地下室以上的首层。

 

第11.4.4条   

考虑地震作用组合的框架柱、框支柱的剪力设计值Vc应按下列公式计算:

1. 9度设防烈度的各类框架和一级抗震等级的框架结构

 

  (11.4.4-1)

且不应小于按公式(11.4.4-2)求得的Vc值。
2. 其他情况
一级抗震等级

 

   (11.4.4-2)

二级抗震等级

 

  (11.4.4-3)

三级抗震等级

 

  (11.4.4-4)

 

四级抗震等级,取地震作用组合下的剪力设计值。
 

式中

: 框架柱上、下端按实配钢筋截面面积和材料强度标准值,且考虑承载力抗震调整系数计算的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值;
 

: 考虑地震作用组合,且经调整后的框架柱上、下端弯矩设计值;
 

: 柱的净高。
 

在公式(11.4.4-1)中,Mtcua与Mbcua之和应分别按顺时针和逆时针方向进行计算,并取其较大值。Mtcua和Mbcua的值可按本规范11.4.1条的规定进行计算,但在计算中应将材料的强度设计值以强度标准值代替,并取实配的纵向钢筋截面面积,不等式改为等式,并在等式右边除以相应的承载力抗震调整系数;此时,N可取重力荷载代表值产生的轴向压力设计值。
在公式(11.4.4-2)至公式(11.4.4-4)中,Mtc与Mbc之和应分别按顺时针和逆时针方向进行计算,并取其较大值。Mtc、Mbc的取值应符合本规范第11.4.2条和第11.4.3条的规定。

 

第11.4.5条   

框支柱中线宜与框支梁重合。当框支柱的数目多于10根时,框支柱承受的地震剪力之和不应小于该楼层地震剪力的20%;当不多于10根时,每根柱承受的地震剪力不应小于该楼层地震剪力的2%。

 

第11.4.6条   

一、二级抗震等级的框支柱,由地震作用引起的附加轴力应分别乘以增大系数1.5、1.2;计算轴压比时,可不考虑增大系数。

 

第11.4.7条  

 一、二、三级抗震等级的框架角柱,其弯矩、剪力设计值应按本规范第11.4.2条至第11.4.4条经调整后的弯矩、剪力设计值乘以不小于1.1的增大系数。

 

第11.4.8条   

考虑地震作用组合的框架柱和框支柱的受剪截面应符合下列条件:
剪跨比λ>2的框架柱

 

  (11.4.8-1)

框支柱和剪跨比λ≤2的框架柱

 

   (11.4.8-2)

 

第11.4.9条   

考虑地震作用组合的框架柱和框支柱的斜截面抗震受剪承载力应符合下列规定:

 

   (11.4.9)

 

式中

: 框架柱和框支柱的计算剪跨比,取λ=M/(Vh0);此处,M宜取柱上、下端考虑地震作用组合的弯矩设计值的较大值,V取与M对应的剪力设计值,h0为柱截面有效高度;当框架结构中的框架柱的反弯点在柱层高范围内时,可取λ=Hn/(2h0),此处,Hn为柱净高;当λ<1.0时,取λ=1.0;当λ>3.0时,取λ=3.0;
 

: 考虑地震作用组合的框架柱和框支柱轴向压力设计值,当N>0.3fcA时,取N=0.3fcA.

 

第11.4.10条   

当考虑地震作用组合的框架柱和框支柱出现拉力时,其斜截面抗震受剪承载力应符合下列规定:

 

  (11.4.10)

 

当上式右边括号内的计算值小于fyvAsvh0/s时,取等于fyvAsvh0/s,且fyvAsvh0/s值不应小于0.36ftbh0.
 

式中

: 考虑地震作用组合的框架柱轴向拉力设计值。

 

第11.4.11条   

框架柱的截面尺寸宜符合下列要求:

1. 柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm;圆柱的截面直径不宜小于350mm;

2. 柱的剪跨比宜大于2;

3. 柱截面高度与宽度的比值不宜大于3。

 

第11.4.12条   

框架柱和框支柱的钢筋配置,应符合下列要求:

1. 框架柱和框支柱中全部纵向受力钢筋的配筋百分率不应小于表11.4.12-1规定的数值,同时,每一侧的配筋百分率不应小于0.2;对IV类场地上较高的高层建筑,最小配筋百分率应按表中数值增加0.1采用;

 

表11.4.12-1

柱全部纵向受力钢筋最小配筋百分率(%)

柱类型

抗震等级

一级

二级

三级

四级

框架中柱、边柱

1.0

0.8

0.7

0.6

框架角柱、框支柱

1.2

1.0

0.9

0.8

※注:

柱全部纵向受力钢筋最小配筋百分率,当采用HRB400级钢筋时,应按表中数值减小0.1;当混凝土强度等级为C60及以上时,应按表中数值增加0.1。

 

2. 框架柱和框支柱上、下两端箍筋应加密,加密区的箍筋最大间距和箍筋最小直径应符合表11.4.12-2的规定;

 

表11.4.12-2

柱端箍筋加密区的构造要求

抗震等级

箍筋最大间距(mm)

箍筋最小直径(mm)

一级

纵向钢筋直径的6倍和100中的较小值

10

二级

纵向钢筋直径的8倍和100中的较小值

8

三级

纵向钢筋直径的8倍和150(柱根100)中的较小值

8

四级

纵向钢筋直径的8倍和150(柱根100)中的较小值

6(柱根8)

※注:

底层柱的柱根系指地下室的顶面或无地下室情况的基础顶面;柱根加密区长度应取不小于该层柱净高的1/3;当有刚性地面时,除柱端箍筋加密区外尚应在刚性地面上、下各500mm的高度范围内加密箍筋。

 

3. 框支柱和剪跨比λ≤2的框架柱应在柱全高范围内加密箍筋,且箍筋间距不应大于100mm;

4. 二级抗震等级的框架柱,当箍筋直径不小于10mm、肢距不大于200mm时,除柱根外,箍筋间距应允许采用150mm;三级抗震等级框架柱的截面尺寸不大于400mm时,箍筋最小直径应允许采用6mm;四级抗震等级框架柱剪跨比不大于2时,箍筋直径不应小于8mm。

 

第11.4.13条   

框架柱和框支柱中全部纵向受力钢筋配筋率不应大于5%。柱的纵向钢筋宜对称配置。截面尺寸大于400mm的柱,纵向钢筋的间距不宜大于200mm。当按一级抗震等级设计,且柱的剪跨比λ≤2时,柱每侧纵向钢筋的配筋率不宜大于1.2%。

 

第11.4.14条   

框架柱的箍筋加密区长度,应取柱截面长边尺寸(或圆形截面直径)、柱净高的1/6和500mm中的最大值。一、二级抗震等级的角柱应沿柱全高加密箍筋。

 

第11.4.15条   

柱箍筋加密区内的箍筋肢距:一级抗震等级不宜大于200mm;二、三级抗震等级不宜大于250mm和20倍箍筋直径中的较大值;四级抗震等级不宜大于300mm。此外,每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋或拉筋约束;当采用拉筋时,拉筋宜紧靠纵向钢筋并勾住封闭箍筋。

 

第11.4.16条   

一、二、三级抗震等级的各类结构的框架柱和框支柱,其轴压比N/(fcA)不宜大于表11.4.16规定的限值。对IV类场地上较高的高层建筑,柱轴压比限值应适当减小。

 

表11.4.16

框架柱轴压比限值

结构体系

抗震等级

一级

二级

三级

框架结构

0.7

0.8

0.9

框架-剪力墙结构、筒体结构

0.75

0.85

0.95

部分框支剪力墙结构

0.6

0.7

-

※注:

1. 轴压比N/(fcA)指考虑地震作用组合的框架柱和框支柱轴向压力设计值N与柱全截面面积A和混凝土轴心抗压强度设计值fc乘积之比值;对不进行地震作用计算的结构,取无地震作用组合的轴力设计值;
2. 当混凝土强度等级为C65-C70时,轴压比限值宜按表中数值减小0.05;混凝土强度等级为C75-C80时,轴压比限值宜按表中数值减小0.10;
3. 剪跨比λ≤2的柱,其轴压比限值应按表中数值减小0.05;对剪跨比λ<1.5的柱,轴压比限值应专门研究并采取特殊构造措施;
4. 沿柱全高采用井字复合箍,且箍筋间距不大于100mm、肢距不大于200mm、直径不小于12mm,或沿柱全高采用复合螺旋箍,且螺距不大于100mm、肢距不大于200mm、直径不小于12mm,或沿柱全高采用连续复合矩形螺旋箍,且螺距不大于80mm、肢距不大于200mm、直径不小于10mm时,轴压比限值均可按表中数值增加0.10;上述三种箍筋的配箍特征值λv均应按增大的轴压比由表11.4.17确定;
5. 当柱截面中部设置由附加纵向钢筋形成的芯柱,且附加纵向钢筋的总面积不少于柱截面面积的0.8%时,其轴压比限值可按表中数值增加0.05。此项措施与注4的措施同时采用时,轴压比限值可按表中数值增加0.15,但箍筋的配箍特征值λv仍可按轴压比增加0.10的要求确定;
6. 柱经采用上述加强措施后,其最终的轴压比限值不应大于1.05。

 

第11.4.17条   

柱箍筋加密区箍筋的体积配筋率应符合下列规定:
1. 柱箍筋加密区箍筋的体积配筋率,应符合下列规定:

 

 (11.4.17)

  

式中

: 柱箍筋加密区的体积配筋率,按本规范第7.8.3条的规定计算,计算中应扣除重叠部分的箍筋体积;
 

: 混凝土轴心抗压强度设计值;当强度等级低于C35时,按C35取值;
 

: 箍筋及拉筋抗拉强度设计值;
 

: 最小配箍特征值,按表11.4.17采用。

 

表11.4.17

柱箍筋加密区的箍筋最小配箍特征值λv

抗震等级

箍筋型式

轴压比

≤0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.05

一级

普通箍、复合箍

0.10

0.11

0.13

0.15

0.17

0.20

0.23

-

-

螺旋箍、复合或连续复合矩形螺旋箍

0.08

0.09

0.11

0.13

0.15

0.18

0.21

-

-

二级

普通箍、复合箍

0.08

0.09

0.11

0.13

0.15

0.17

0.19

0.22

0.24

螺旋箍、复合或连续复合矩形螺旋箍

0.06

0.07

0.09

0.11

0.13

0.15

0.17

0.20

0.22

三级

普通箍、复合箍

0.06

0.07

0.09

0.11

0.13

0.15

0.17

0.20

0.22

螺旋箍、复合或连续复合矩形螺旋箍

0.05

0.06

0.07

0.09

0.11

0.13

0.15

0.18

0.20

※注:

1. 普通箍指单个矩形箍筋或单个圆形箍筋;螺旋箍指单个螺旋箍筋;复合箍指由矩形、多边形、圆形箍筋或拉筋组成的箍筋;复合螺旋箍指由螺旋箍与矩形、多边形、圆形箍筋或拉筋组成的箍筋;连续复合矩形螺旋箍指全部螺旋箍为同一根钢筋加工成的箍筋;
2. 在计算复合螺旋箍的体积配筋率时,其中非螺旋箍筋的体积应乘以换算系数0.8;
3. 对一、二、三、四级抗震等级的柱,其箍筋加密区的箍筋体积配筋率分别不应小于0.8%、0.6%、0.4%和0.4%;
4. 混凝土强度等级高于C60时,箍筋宜采用复合箍、复合螺旋箍或连续复合矩形螺旋箍;当轴压比不大于0.6时,其加密区的最小配箍特征值宜按表中数值增加0.02;当轴压比大于0.6时,宜按表中数值增加0.03。

 

2. 框支柱宜采用复合螺旋箍或井字复合箍,其最小配箍特征值应按表11.4.17中的数值增加0.02取用,且体积配筋率不应小于1.5%;

3. 当剪跨比λ≤2时,一、二、三级抗震等级的柱宜采用复合螺旋箍或井字复合箍,其箍筋体积配筋率不应小于1.2%;9度设防烈度时,不应小于1.5%。

 

第11.4.18条   

在柱箍筋加密区外,箍筋的体积配筋率不宜小于加密区配筋率的一半;对一、二级抗震等级,箍筋间距不应大于10d;对三、四级抗震等级,箍筋间距不应大于15d,此处,d为纵向钢筋直径。