平法柱钢筋计算主要涉及两种类型的钢筋:纵筋和箍筋。其中,纵筋的计算可用两种方法:不变截面时,柱纵筋长度=柱基础内锚固长度+柱内净长+屋面梁内锚固长度;将其划分为基础、首层、中间层、顶层几部分分别计算,然后求和。箍筋包括基础内箍筋和柱内箍筋。
柱内纵向钢筋的接头个数跟自然层有关,宿舍楼工程结构设计说明中对钢筋的搭接形式作了如下要求:水平钢筋接头,钢筋直径≤14 mm的采用绑扎接头,直径 16~18 mm的采用单面焊接 10 d ,钢筋直径≥20 mm的采用机械连接;竖向钢筋接头,钢筋直径≤14 mm的采用绑扎接头,直径 16~20 mm的采用电渣压力焊,钢筋直径≥22 mm的采用机械连接。
(1)嵌固部位的注写方法
在柱平法施工图中,应按规定注明各结构层的楼面标高、结构层高及相应的结构层号,尚应注明上部结构嵌固部位位置。上部结构嵌固部位的注写有以下几点:
①框架柱嵌固部位在基础顶面时,无须注明。
②框架柱嵌固部位不在基础顶面时,在层高表嵌固部位标高下使用双细线注明,并在层高表下注明上部结构嵌固部位标高。
③框架柱嵌固部位不在地下室顶板,但仍需考虑地下室顶板对上部结构实际存在嵌固作用时,可在层高表地下室顶板标高下使用双虚线注明,此时首层柱端箍筋加密区长度范围及纵筋连接位置均按嵌固部位要求设置。
宿舍楼工程的层高表见图 2.4,由图可知,框架柱的嵌固部位在地梁顶面。
(2)基础插筋的长度计算规则
基础插筋示意图如图 2.9 所示,其三维示意图如图 2.10 所示。
图 2.9 基础插筋示意图
图 2.10 基础插筋构造三维示意图
基础插筋长度=弯折长度 L 1 +基础内竖直长度 L 2 +伸出基础非连接区长度 L 3 -90°弯折调整值① L 1 的确定:
●当 h j > l aE ( l a )时, L 1 =max(6 d ,150)。
●当 h j ≤ l aE ( l a )时, L 1 = 15 d 。
② L 2 的确定:
其中, h j 指基础厚度。
③ L 3 (非连接区长度)的确定:柱纵向钢筋连接构造如图 2.11 所示,可知相邻纵筋交错连接。
考虑是否为嵌固部位,若为嵌固部位,则 L 3 = H n / 3;若为非嵌固部位,则 L 3 = max( H n / 6, h c ,500)。因相邻钢筋交错连接,上述公式为低位钢筋的计算,若要计算相邻高位钢筋,则需在上述公式基础上增加错开距离。错开距离:纵筋采用搭接时为 1.3 l l E ,采用机械连接时为35 d ,采用焊接时为max(500,35 d )。若柱纵筋直径和根数每层相同,可直接采用低位纵筋计算公式简化计算,否则需考虑错开距离。宿舍楼工程嵌固部位在地梁上表面,则基础顶面到首层底部分也是非连接区, H n1 为首层柱净高(此处为自地梁上表面至首层梁底的高度); h c 指柱的长边尺寸,即max( b , h )。
图 2.11 柱纵向钢筋连接构造
(3)基础插筋的长度计算示例
以宿舍楼工程在Ⓒ轴和①轴相交处的KZ2(12 20)为例(见图 2.7 和图 2.8),基础插筋计算如下:
H n1 =首层层高-梁高= 4.5-0.65 = 3.85(m)
由抗震等级、混凝土强度等级以及钢筋的强度等级查得 l aE = 35 d = 700 mm, h j = 500 mm。本工程KZ2 纵筋采用焊接,错开距离=max(35 d ,500)= 35×18 = 630(mm),其中 d 为相连钢筋中较小直径。则
L 1 = 15 d = 300 mm
L 2 = h j -基础保护层厚度 c = 500-40 = 460(mm)
L 3 = H n1 /3+(-0.05)-(-1)= 3 850 /3+950 = 2 233.33(mm)(此处为嵌固部位)
低位基础插筋单根长度= L 1 + L 2 + L 3 -90°弯折调整值
高位基础插筋单根长度= L 1 + L 2 + L 3 -90°弯折调整值+错开距离
(1)首层及中间层纵筋长度计算规则
首层、中间层柱纵筋长度=本层层高-本层非连接区长度+上层非连接区长度+搭接长度
其中,层高=柱净高 H n +梁高 H b ;柱嵌固部位非连接区长度为 H n / 3,非嵌固部位非连接区长度为max( H n / 6, h c ,500)。
(2)首层及中间层纵筋长度计算示例
宿舍楼工程KZ2 柱纵断面示意图如图 2.12 所示,查询图纸可知,此KZ2 位置处的梁高二层、四层、五层、顶层均为 650 mm,三层为 1 150 mm,故KZ2(12 18)首层及中间层纵筋长度计算如下:
图 2.12 柱纵断面示意图
H n1 = 4.5-0.65 = 3.85(m)
H n2 = 3.6-1.15 = 2.45(m)
H n3 = 3.6-0.65 = 2.95(m)
H n4 = 3.6-0.65 = 2.95(m)
H n5 = 3.65-0.65 = 3(m)
首层柱低位纵筋长度=4.5- H n1 /3+max( H n2 /6, h c ,500)= 3.82(m)
首层柱高位纵筋长度= 4.5- H n1 /3+max( H n2 /6, h c ,500)-下层纵筋在本层的错开距离+上层的错开距离=3.82-0.63+0.63 =3.82(m)
二层柱低位纵筋长度= 3.6-max( H n2 /6, h c ,500)+max( H n3 /6, h c ,500)= 3.6(m)
三层柱低位纵筋长度= 3.6-max( H n3 /6, h c ,500)+max( H n4 /6, h c ,500)= 3.6(m)
四层柱低位纵筋长度= 3.6-max( H n4 /6, h c ,500)+max( H n5 /6, h c ,500)= 3.6(m)
二层、三层、四层柱高位纵筋长度= 3.6-0.63+0.63 = 3.6(m)
框架柱顶层钢筋锚固长度的取值根据柱所处位置不同而不同。根据所处位置不同,柱可分为边柱、角柱和中柱,如图 2.13 所示。边柱、角柱的纵向钢筋分内侧和外侧,其顶部锚固值不同,如图2.14 所示。
图 2.13 边柱、角柱、中柱示意图
图 2.14 边柱、角柱、中柱内外侧钢筋示意图
(1)中柱顶层纵筋长度计算
a.①、②节点顶层中柱纵筋长度:中柱柱顶①、②节点纵向钢筋构造及其三维示意图如图2.15 所示。
当屋面梁高 h b -保护层厚度 c < l aE 时,弯锚,即为①、②节点形式,则
其中,非连接区长度= max( H n / 6, h c ,500)。
图 2.15 中柱柱顶①、②节点纵向钢筋构造及其三维示意图
b.③、④节点顶层中柱纵筋长度:中柱柱顶③、④节点纵向钢筋构造及其三维示意图如图2.16 所示。
当屋面梁高 h b -保护层厚度 c ≥ l aE 时,直锚,即为③、④节点形式,则
其中,非连接区长度=max( H n / 6, h c ,500)。
图 2.16 中柱柱顶③、④节点纵向钢筋构造及其三维示意图
(2)边角柱顶层纵筋长度计算
柱外侧纵向钢筋和梁上部纵向钢筋在节点外侧弯折搭接构造共有 4 种情况,其中(a)、(b)节点适用于梁宽范围内的钢筋,(c)、(d)节点适用于梁宽范围外的钢筋。
①边角柱(a)节点顶层柱纵筋长度:边角柱(a)节点顶层柱纵筋节点构造及其三维示意图如图 2.17 所示。
当柱宽-保护层厚度+梁高-保护层厚度<1.5 l abE 时,即为(a)节点形式,则
内侧纵筋算法同中柱。
图 2.17 边角柱(a)节点顶层柱纵筋节点构造及其三维示意图
②边角柱(b)节点顶层柱纵筋长度:边角柱(b)节点顶层柱纵筋节点构造及其三维示意图如图 2.18 所示。
当柱宽-保护层厚度+梁高-保护层厚度≥1.5 l abE 时,即为(b)节点形式,则
内侧纵筋算法同中柱。
图 2.18 边角柱(b)节点顶层柱纵筋节点构造及其三维示意图
③边角柱(c)节点顶层柱纵筋长度:边角柱(c)节点顶层柱纵筋节点构造及其三维示意图如图 2.19 所示。
内侧纵筋算法同中柱。
图 2.19 边角柱(c)节点顶层柱纵筋节点构造及其三维示意图
④边角柱(d)节点顶层柱纵筋长度:边角柱(d)节点顶层柱纵筋节点构造及其三维示意图如图 2.20 所示。
内侧纵筋算法同中柱。
⑤边角柱外侧纵向钢筋和梁上部钢筋在柱顶外侧直线搭接,( a)节点构造及其三维示意图如图 2.21 所示。
内侧纵筋算法同中柱。
图 2.20 边角柱(d)节点顶层柱纵筋节点构造及其三维示意图
图 2.21 边角柱外侧纵筋和梁上部钢筋在柱顶直线搭接(a)节点构造及其三维示意图
⑥外侧纵向钢筋和梁上部钢筋在柱顶外侧直线搭接,(b)节点构造及其三维示意图如图2.22 所示。
内侧纵筋算法同中柱。
图 2.22 边角柱外侧纵筋和梁上部钢筋在柱顶外侧直线搭接(b)节点构造及其三维示意图
⑦梁宽范围内柱外侧纵向钢筋弯入梁内作梁筋构造及其三维示意图如图 2.23 所示。
图 2.23 边角柱梁宽范围内柱外侧纵向钢筋弯入梁内作梁筋构造及其三维示意图
(3)顶层纵筋计算示例
以宿舍楼工程KZ2(12 18)顶层纵筋计算为例。查询图纸可知,KZ2(12 18)为边柱,其中外侧纵筋有 4 根,内侧纵筋有 8 根;四级抗震,C30,HRB400 钢筋,查表得 l aE = 35 d = 35×18 =630(mm),1.5 l abE = 1.5×35 d = 945(mm),顶层纵筋计算过程见表 2.3。
表 2.3 顶层纵筋长度计算表
KZ2 每根纵筋在每层有一个电渣压力焊接头,首层为 20 与 18 焊接,纵筋接头个数共12 个;二~五层为 18 焊接,接头个数为 12×4 = 48(个)。KZ2 纵筋接头共 12+48 = 60(个)。
柱变截面处纵筋构造如图 2.24 所示,可知:
①当上柱与下柱中心线重合, 时,上柱纵筋向下柱纵筋的延伸长度为从楼面开始向下延伸 1.2 l aE ;下柱纵筋延伸至梁顶向内侧弯折 12 d 。
②当 时,下柱纵筋在柱梁节点范围内不断开,弯折向上延伸至柱内。
图 2.24 柱变截面位置纵向钢筋构造示意图
框架柱箍筋一般分为两类:复合箍筋和非复合箍筋。常见的矩形复合箍筋的复合形式如图 2.25 所示,非复合箍筋的算法与梁构件中箍筋的算法类似。
图 2.25 矩形箍筋复合方式示意图
柱箍筋一般为复合箍,其箍筋长度应按拆分出的箍筋长度汇总计算。如图 2.26 所示的1(5×4)复合箍筋由 1 号、2 号、3 号、4 号箍筋复合而成。
复合箍筋长度= 1 号箍筋长度+2 号箍筋长度+3 号箍筋长度+4 号箍筋长度
1 号箍筋长度= [( b -2 c )+( h -2 c )]×2+[135°弯钩增加值+max(10 d ,75)]×2 -90°弯折调整值×3
图 2.26 矩形复合箍筋构造示意图
即 箍筋长度=柱截面周长-8 c +135°弯钩增加值×2+max(10 d ,75)×2-90°弯折调整值×3
2 号箍筋长度=[ L +( h -2 c )]×2 +135°弯钩增加值×2+max(10 d ,75)×2-90°弯折调整值×3
其中, L = [( b -2 c -2 d - D )/6]×2+ D +2 d ( D 为纵筋直径, d 为箍筋直径)。
3 号箍筋长度= [ L 0 +( b -2 c )]×2 + 135°弯钩增加值×2+max(10 d ,75)×2-90°弯折调整值×3
其中, L 0 = [( h -2 c -2 d - D )/6]×2+ D +2 d ( D 为纵筋直径, d 为箍筋直径)。
4 号箍筋长度= h -2 c +135°弯钩增加值×2+max(10 d ,75)×2
基础内柱箍筋为矩形封闭非复合箍筋,其长度计算同 1 号箍筋长度计算。
KZ箍筋加密区范围及其三维示意图如图 2.27 所示,基础内箍筋见图 2.10。
图 2.27 KZ箍筋加密区范围及其三维示意图
箍筋根数计算公式如表 2.4 所示。
表 2.4 箍筋根数计算公式表
注:该表计算公式未考虑有地下室的情况,若有地下室请参考 22G101—1 第 2-10 页。
以宿舍楼工程在DJ-1 上的KZ2 为例,计算其箍筋工程量。
宿舍楼工程KZ2 配筋表及其三维示意图如图 2.28 所示,其箍筋长度计算如下:
图 2.28 KZ2 配筋表及其三维示意图
(1)箍筋单根长度计算
①基础内箍筋:
根据图 2.10 节点③可知,基础内有 2 根 10 箍筋。
箍筋单根长度=(600+600)×2-8×20+12.89×10×2-90°弯折调整值×3 = 2 435.4(mm)
②基础顶面~-0.050 m箍筋:
1 号箍筋单根长度=(600 +600)×2 -8 ×20 +12.89 ×10 ×2 -90°弯折调整值×3 = 2 435.4(mm)
2 号箍筋单根长度= [(600-2×20-2×10-20)/3+20+2×10]×2+(600-2×20)×2+12.89×10×2-90°弯折调整值×3 = 1 742.07(mm)
3 号箍筋单根长度同 2 号箍筋长度。
复合箍单根长度 L = 2 435.4+1 742.07×2 = 5 919.54(mm)
③-0.050~18.900 m箍筋:
1 号箍筋单根长度=(600 +600)×2 -8 ×20 +12.89 ×8 ×2 -90°弯折调整值×3 = 2 396.32(mm)
2 号箍筋单根长度= [(600-2×20-2×8-18)/3+18+2×8]×2+(600-2×20)×2+12.89×8×2-90°弯折调整值×3 = 1 694.99(mm)
3 号箍筋单根长度同 2 号箍筋单根长度。
复合箍单根长度 L = 2 396.32+1 694.99×2 = 5 786.3(mm)
(2)箍筋根数计算
基础顶面~-0.050 m标高的箍筋( 10@100)根数及-0.050~18.900 m标高的箍筋( 8@100 /200)根数计算如表 2.5 所示。
表 2.5 宿舍楼工程KZ2 箍筋根数及长度计算表
续表
宿舍楼工程KZ2 钢筋工程量汇总,如表 2.6 所示。
表 2.6 KZ2 钢筋工程量汇总表