施工技术
２００８年１２月ＣＯＮＳｌｌＲＵＣｎＯＮ１ＥＣＨＮｏＩｏＧＹ
第３７卷第１２期
框架柱复合箍筋优化布置方式探讨
郭
猛，姚谦峰
（北京交通大学，北京１０００４４）
［摘要】在分析传统复合箍筋布置方式优缺点的基础上，提出了框架柱箍筋的优化布置方式，即将同一截面上的复合箍筋分散到相邻箍筋截面中间。该布置方式形成连续且间距较小的箍筋布置效果，有利于发挥箍筋对混凝土的约束作用，减小各种因素可能引起框架柱扭转而在柱非加密区产生的裂缝，改善柱中部区域在地震作用下的延性性能，同时可以提高框架柱的施工质量。［关键词］框架柱；复合箍筋；优化布置［中图分类号】ＴＵ３９２．２［文献标识码】Ａ［文章编号］１００２－８４９８（２００８）１２—００７８－０３
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在框架柱等主要承受轴压力的竖向构件中，箍筋起框架角柱、底层框架柱柱身中部箍筋非加密区先于是其必不可少的组成部分，其主要作用是：①制作构件柱根部出现扭剪斜裂缝，某些情况下甚至引起以扭转时，与纵筋构成骨架，保证纵筋的正确形状和位置；②为主的脆性破坏，这一现象已为既有地震区结构震害在长期使用阶段，承受因混凝土收缩和环境湿度变化调查所证明。
等产生的横向应力，以防止或减小纵向裂缝；③在构件已有试验研究表明，钢筋混凝土框架柱中设置较的承载力极限阶段，减小纵筋压屈的自由长度，使之充多数量的箍筋，可以提高构件的延性和抗震性能【２Ｊ，因分发挥抗压强度，约束内部混凝土的横向膨胀变形，使而适当增加箍筋数量和改进箍筋构造形式成为提高框混凝土处于三向受压状态，提高混凝土抗压承载力；④架柱抗震性能的有效措施。
与混凝土共同工作承担水平剪力作用。
１现行框架柱箍筋布置方式及优缺点
地震作用下框架柱的变形主要为平动和一定程度现行混凝土结构设计规范ｂＪ和高层建筑混凝土结的扭转。地震区结构震害调查发现，部分框架柱柱身构技术规程［４］从框架柱箍筋加密区范围、最小体积配中部出现一定数量的斜裂缝，分析裂缝形成原因主要箍率及相关构造要求方面对箍筋设置作出了规定：①为：柱身中部区域箍筋间距较大且配箍率较小，在往复底层柱的上端和其他各层柱的两端，应取矩形截面柱的剪力和扭矩作用下，柱身中部相邻箍筋截面中间混长边尺寸（或圆形截面柱的直径）、柱净高１／６和５００Ｉｍ＇ｔｌ凝土薄弱部位产生裂缝并开展，导致柱身中部发生剪三者中最大值；②底层柱刚性地面上、下各５００ｒａｍ范切破坏［１】。结构计算和设计过程中，对结构整体在地围；③底层柱柱根以上１／３柱净高范围；④剪跨比≤２震作用下的基本振型有严格要求，即控制结构第一振的柱和因填充墙等形成的柱净高与截面高度之比≤４型为平动，以扭转为主的振型周期与第一平动周期比的柱全高范围；⑤一级及二级框架角柱的全高范围；⑥值小于０．９。水平地震力作用下结构内力计算采用振需要提高变形能力的柱的全高范围。但对非加密区箍
型分解反应谱法时，忽略扭转振型产生的扭矩对柱箍筋的要求，箍筋的配置是按柱承受的剪力大小及构造［收稿日期】２００８－０５．１６
要求设置，不考虑框架柱可能承受的扭矩的影响。实［作者简介］郭猛。北京交通大学土木建筑工程学院博士研究
生，北京交通大学士木建筑工程学院６１５室
１０００４４，电话：
际地震时，结构不可避免地发生一定程度扭转，可能引
１５８１０５００２３２。Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｕｏｍｅｎ９６７３＠１６３．ＣＯＵｌ
嬲Ｎｏ．１２
郭猛等：框架柱复合箍筋优化布置方式探讨
７９
筋间距要求等方面规定显得不够详细，仅规定柱非加密区的箍筋，其体积配箍率不宜小于加密区的一半，其箍筋间距不应大于加密区箍筋间距的２倍等，显然没有涉及可能承受扭矩影响的框架柱，尤其是位于底层框架柱，箍筋是否全高加密问题。
段，其延性好坏更为人们所关注。随着对箍筋作用机理的深入研究和约束混凝土概念的应用，箍筋不仅与纵筋构成骨架和发挥抗剪性能，而且随着建筑高度的增高和使用要求对柱截面尺寸的限制，箍筋还可以发挥应有的约束作用和提高构件延性，因此应尽量采取间距小的配箍方式。
３框架柱箍筋优化布置方式
矩形截面框架柱，按传统配筋方法截面角区配置受力钢筋，在大气环境下角区混凝土受双向碳化作用，碳化速度约为一般边的１．４倍，角区钢筋首先发生脱钝锈蚀的现象，引起混凝土保护层崩裂，降低了结构的耐久性。文献［６］建议了一种延长构件耐久性的截面配筋方法，其特征是外圈箍筋由两个矩形箍筋垂直交叉成中字形，纵向受力钢筋放置在两个矩形箍筋的底边上，这种纵筋和箍筋的配置方法可以消除或推迟角区混凝土的开裂时间，如图２所示。
混凝土结构施工图——平面整体表示方法制图规
则和构造详图（以下简称平法图集）Ｃ５Ｊ，针对框架柱不同纵筋数量和箍筋肢数，给出了复合箍筋几种常用布置方式，大大方便了结构设计人员参考，同时可以保证施工过程中柱箍筋的绑扎质量。平法图集给出的复合箍筋布置方式，最大的特点是所有肢数箍筋均布置在同一截面，不利于箍筋对相邻截面中间混凝土部分的约束。当外围箍筋重叠部分较多时，容易造成柱箍筋外侧混凝土浇筑不密实，削弱了内外混凝土的结合，随着上部荷载增加，重叠部分的箍筋因受力不一致容易产生错动，降低了混凝土对箍筋的握裹性能，平法图集中对箍筋局部重叠的数量有要求，一般不多于３根，但随着框架柱承受轴压力的增大，箍筋肢数增多，箍筋局部重叠数量为３根甚至更多，如图１所示为六肢箍常用布置方式。在保证柱受力纵筋混凝土保护层厚度的条件下，箍筋肢数重叠越多，箍筋的保护层厚度相对越小，越容易造成箍筋提前锈蚀。
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续且间距较小的箍筋布置效果，有利于发挥箍筋对混凝土的约束作用，减小水平剪力和扭矩等因素可能引起的框架柱非加密区裂缝；箍筋重叠部分少，可以提高框架柱的施工质量。由混凝土规范给出的构件斜截面受剪承载力和构件受扭承载力计算公式可知，箍筋所
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发挥的抗剪抗扭作用正比于Ａ．／ｓ（箍筋面积与箍筋间距的比值）。在柱箍筋设计时ｉ按构件所受剪力和扭矩作用求出所需箍筋后，根据柱纵筋数量，选定复合箍筋肢数，然后按图３所示对箍筋进行优化布置。如果同
图１六肢箍常用布置方式
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２框架柱箍筋对混凝土受压承载力提高的影响
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时考虑不同构件截面配筋方式在耐久性上的优劣，与
图２所示纵筋布置方式结合，所得到的截面配筋方式将是既考虑了构件在极限受力状态下的延性性能，又兼顾了大气环境下构件的耐久性能。
配置了一定量箍筋的柱，由于箍筋对混凝土的约束作用，使截面核心部分的混凝土处于三向约束状态，在保证合理箍筋形式和足够箍筋数量的情况下，箍筋的约束效果是可以保证的，可以提高混凝土的抗压强度。箍筋对混凝土的约束作用随箍筋数量和构造而变化，即与约束指标Ａ。、箍筋间距和箍筋的构造形式等有关。试验研究表明，约束指标Ｊ＝１．相当而箍筋间距相差一倍的两个试件，其应力．应变曲线的上升段接近，抗压强度和峰值应变相差很少，但箍筋间距较小时试件的下降段曲线明显偏高旧】，有利于构件的延性。由于地震下底层框架柱有可能进入屈服后的非线性变形阶
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图３柱箍筋优化布置方式透视
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通常箍筋部分的费用占框架柱造价的１０％左右，
施工技术第３７卷
就一根柱（图３箍筋优化布置方式１）而言，由于外圈箍筋数量增加而比正常配筋形式造价多出１０％一２０％，实际上相当于一根柱的造价增加１％一２％，从建筑整体投资角度计算，框架柱箍筋优化布置产生的造价增加基本上可以忽略不计。箍筋绑扎工作量增加带来间接施工成本的增加，也随着现代混凝土施工技术的发展而忽略。
混凝土结构平法图集给出框架箍筋的配置方式为所有肢数箍筋均布置在同一截面上，设计者在图纸上给出箍筋布置大样。若采用本文提出的柱箍筋优化布
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置方式，还需设计人员绘出典型的柱轴向箍筋间距及
内层箍筋布置方向示意，并在结构技术交底阶段向施工单位详细说明。随着实践积累，总结出标准的框架柱箍筋布置图集以供设计和施工人员参考，简化图纸表示方法。４结语
在分析传统复合箍筋布置方式优缺点的基础上，提出了框架柱箍筋的优化布置方式，即将同一截面上的复合箍筋分散到相邻箍筋截面中间。该布置方式形成连续且间距较小的箍筋布置效果，有利于发挥箍筋对混凝土的约束作用，减小各种因素可能引起框架柱扭转而在柱非加密区产生的裂缝，改善柱中部区域在地震作用下的延性性能，同时可以提高框架柱的施工质量。建议柱箍筋优化布置方式应用在底层框架柱、下部几层的角柱以及可能承受扭矩作用而没有进行抗扭设计的框架柱上。（上接第３３页）１３．８℃。达到规定要求。５实施效果
１）成都航天科技大厦超厚基础底板的施工实践中，采用了钢管架体作钢筋马凳，基础底板钢筋绑扎过程中，３．５ｍ高的马凳牢固可靠，施工过程中上下层底板钢筋均无任何移位与变形现象。
２）对后浇带部位模板支撑均进行计算，采取措施保证支撑强度，模板拆除后，底板外侧、后浇带及井筒等处无跑模、漏浆情况。
３）底板混凝土配合比设计时，根据当地特点，采用掺加粉煤灰、膨胀剂与高效减水剂相结合的技术措施；在浇筑完成后，采用塑料薄膜与麻袋分层叠加的养护措施；施工至今，所有底板均未出现裂缝，测温结果表明，３．５ｍ厚底板温差均小于２５℃；所有混凝土标准养护试块、同条件试块其２８ｄ抗压强度均符合设计要求，抗渗试块符合ＳＩＯ抗渗等级要求。
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框架柱复合箍筋优化布置方式探讨
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：
郭猛， 姚谦峰， Guo Meng， Yao Qianfeng北京交通大学,北京,100044施工技术
CONSTRUCTION TECHNOLOGY2008，37(12)0次
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1.会议论文 史庆轩. 门进杰. 喻磊 钢筋混凝土扁柱恢复力性能的试验研究和分析 2007
针对大型火电厂主厂房纵向钢筋混凝土框架柱进行了低周反复试验研究,通过试验对此类柱在地震作用下的恢复力特性和抗震性能进行了研究,为此类结构的抗震性能试验研究和理论分析奠定基础.试验研究表明,对截面高宽比较小的扁柱,其抗震性能和恢复力特性与方形截面柱相比均较差,柱中配置复合箍筋可在一定程度上改善混凝土柱的恢复力性能.采用考虑强度退化、刚度退化以及捏拢现象的三线型恢复力模型,对钢筋混凝土柱的荷载-位移关系曲线进行了计算模拟,结果表明,构件的试验和计算滞回曲线基本吻合。
2.学位论文 肖建庄 钢筋混凝土框架柱轴压比限值研究 1997
该文针对上前高层建筑中,结构专业设计时遇到的突出问题之一--钢筋混凝土框架柱轴压比超限现象,对不同断面形状的高轴压钢筋混凝土杠架柱的抗震性能进行了研究.
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在框架柱等主要承受轴压力的竖向构件中，箍筋起框架角柱、底层框架柱柱身中部箍筋非加密区先于是其必不可少的组成部分，其主要作用是：①制作构件柱根部出现扭剪斜裂缝，某些情况下甚至引起以扭转时，与纵筋构成骨架，保证纵筋的正确形状和位置；②为主的脆性破坏，这一现象已为既有地震区结构震害在长期使用阶段，承受因混凝土收缩和环境湿度变化调查所证明。
等产生的横向应力，以防止或减小纵向裂缝；③在构件已有试验研究表明，钢筋混凝土框架柱中设置较的承载力极限阶段，减小纵筋压屈的自由长度，使之充多数量的箍筋，可以提高构件的延性和抗震性能【２Ｊ，因分发挥抗压强度，约束内部混凝土的横向膨胀变形，使而适当增加箍筋数量和改进箍筋构造形式成为提高框混凝土处于三向受压状态，提高混凝土抗压承载力；④架柱抗震性能的有效措施。
与混凝土共同工作承担水平剪力作用。
１现行框架柱箍筋布置方式及优缺点
地震作用下框架柱的变形主要为平动和一定程度现行混凝土结构设计规范ｂＪ和高层建筑混凝土结的扭转。地震区结构震害调查发现，部分框架柱柱身构技术规程［４］从框架柱箍筋加密区范围、最小体积配中部出现一定数量的斜裂缝，分析裂缝形成原因主要箍率及相关构造要求方面对箍筋设置作出了规定：①为：柱身中部区域箍筋间距较大且配箍率较小，在往复底层柱的上端和其他各层柱的两端，应取矩形截面柱的剪力和扭矩作用下，柱身中部相邻箍筋截面中间混长边尺寸（或圆形截面柱的直径）、柱净高１／６和５００Ｉｍ＇ｔｌ凝土薄弱部位产生裂缝并开展，导致柱身中部发生剪三者中最大值；②底层柱刚性地面上、下各５００ｒａｍ范切破坏［１】。结构计算和设计过程中，对结构整体在地围；③底层柱柱根以上１／３柱净高范围；④剪跨比≤２震作用下的基本振型有严格要求，即控制结构第一振的柱和因填充墙等形成的柱净高与截面高度之比≤４型为平动，以扭转为主的振型周期与第一平动周期比的柱全高范围；⑤一级及二级框架角柱的全高范围；⑥值小于０．９。水平地震力作用下结构内力计算采用振需要提高变形能力的柱的全高范围。但对非加密区箍
型分解反应谱法时，忽略扭转振型产生的扭矩对柱箍筋的要求，箍筋的配置是按柱承受的剪力大小及构造［收稿日期】２００８－０５．１６
要求设置，不考虑框架柱可能承受的扭矩的影响。实［作者简介］郭猛。北京交通大学土木建筑工程学院博士研究
生，北京交通大学士木建筑工程学院６１５室
１０００４４，电话：
际地震时，结构不可避免地发生一定程度扭转，可能引
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郭猛等：框架柱复合箍筋优化布置方式探讨
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筋间距要求等方面规定显得不够详细，仅规定柱非加密区的箍筋，其体积配箍率不宜小于加密区的一半，其箍筋间距不应大于加密区箍筋间距的２倍等，显然没有涉及可能承受扭矩影响的框架柱，尤其是位于底层框架柱，箍筋是否全高加密问题。
段，其延性好坏更为人们所关注。随着对箍筋作用机理的深入研究和约束混凝土概念的应用，箍筋不仅与纵筋构成骨架和发挥抗剪性能，而且随着建筑高度的增高和使用要求对柱截面尺寸的限制，箍筋还可以发挥应有的约束作用和提高构件延性，因此应尽量采取间距小的配箍方式。
３框架柱箍筋优化布置方式
矩形截面框架柱，按传统配筋方法截面角区配置受力钢筋，在大气环境下角区混凝土受双向碳化作用，碳化速度约为一般边的１．４倍，角区钢筋首先发生脱钝锈蚀的现象，引起混凝土保护层崩裂，降低了结构的耐久性。文献［６］建议了一种延长构件耐久性的截面配筋方法，其特征是外圈箍筋由两个矩形箍筋垂直交叉成中字形，纵向受力钢筋放置在两个矩形箍筋的底边上，这种纵筋和箍筋的配置方法可以消除或推迟角区混凝土的开裂时间，如图２所示。
混凝土结构施工图——平面整体表示方法制图规
则和构造详图（以下简称平法图集）Ｃ５Ｊ，针对框架柱不同纵筋数量和箍筋肢数，给出了复合箍筋几种常用布置方式，大大方便了结构设计人员参考，同时可以保证施工过程中柱箍筋的绑扎质量。平法图集给出的复合箍筋布置方式，最大的特点是所有肢数箍筋均布置在同一截面，不利于箍筋对相邻截面中间混凝土部分的约束。当外围箍筋重叠部分较多时，容易造成柱箍筋外侧混凝土浇筑不密实，削弱了内外混凝土的结合，随着上部荷载增加，重叠部分的箍筋因受力不一致容易产生错动，降低了混凝土对箍筋的握裹性能，平法图集中对箍筋局部重叠的数量有要求，一般不多于３根，但随着框架柱承受轴压力的增大，箍筋肢数增多，箍筋局部重叠数量为３根甚至更多，如图１所示为六肢箍常用布置方式。在保证柱受力纵筋混凝土保护层厚度的条件下，箍筋肢数重叠越多，箍筋的保护层厚度相对越小，越容易造成箍筋提前锈蚀。
合箍筋布置方式存在的『兰芒帛１
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缺点，本文提出一种箍角区不设受力筋、ＩＩＩＩ习筋优化布置方式，即将强叠＝』二【
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截面中间，如图３所示。
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续且间距较小的箍筋布置效果，有利于发挥箍筋对混凝土的约束作用，减小水平剪力和扭矩等因素可能引起的框架柱非加密区裂缝；箍筋重叠部分少，可以提高框架柱的施工质量。由混凝土规范给出的构件斜截面受剪承载力和构件受扭承载力计算公式可知，箍筋所
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发挥的抗剪抗扭作用正比于Ａ．／ｓ（箍筋面积与箍筋间距的比值）。在柱箍筋设计时ｉ按构件所受剪力和扭矩作用求出所需箍筋后，根据柱纵筋数量，选定复合箍筋肢数，然后按图３所示对箍筋进行优化布置。如果同
图１六肢箍常用布置方式
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２框架柱箍筋对混凝土受压承载力提高的影响
．
时考虑不同构件截面配筋方式在耐久性上的优劣，与
图２所示纵筋布置方式结合，所得到的截面配筋方式将是既考虑了构件在极限受力状态下的延性性能，又兼顾了大气环境下构件的耐久性能。
配置了一定量箍筋的柱，由于箍筋对混凝土的约束作用，使截面核心部分的混凝土处于三向约束状态，在保证合理箍筋形式和足够箍筋数量的情况下，箍筋的约束效果是可以保证的，可以提高混凝土的抗压强度。箍筋对混凝土的约束作用随箍筋数量和构造而变化，即与约束指标Ａ。、箍筋间距和箍筋的构造形式等有关。试验研究表明，约束指标Ｊ＝１．相当而箍筋间距相差一倍的两个试件，其应力．应变曲线的上升段接近，抗压强度和峰值应变相差很少，但箍筋间距较小时试件的下降段曲线明显偏高旧】，有利于构件的延性。由于地震下底层框架柱有可能进入屈服后的非线性变形阶
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图３柱箍筋优化布置方式透视
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通常箍筋部分的费用占框架柱造价的１０％左右，
施工技术第３７卷
就一根柱（图３箍筋优化布置方式１）而言，由于外圈箍筋数量增加而比正常配筋形式造价多出１０％一２０％，实际上相当于一根柱的造价增加１％一２％，从建筑整体投资角度计算，框架柱箍筋优化布置产生的造价增加基本上可以忽略不计。箍筋绑扎工作量增加带来间接施工成本的增加，也随着现代混凝土施工技术的发展而忽略。
混凝土结构平法图集给出框架箍筋的配置方式为所有肢数箍筋均布置在同一截面上，设计者在图纸上给出箍筋布置大样。若采用本文提出的柱箍筋优化布
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置方式，还需设计人员绘出典型的柱轴向箍筋间距及
内层箍筋布置方向示意，并在结构技术交底阶段向施工单位详细说明。随着实践积累，总结出标准的框架柱箍筋布置图集以供设计和施工人员参考，简化图纸表示方法。４结语
在分析传统复合箍筋布置方式优缺点的基础上，提出了框架柱箍筋的优化布置方式，即将同一截面上的复合箍筋分散到相邻箍筋截面中间。该布置方式形成连续且间距较小的箍筋布置效果，有利于发挥箍筋对混凝土的约束作用，减小各种因素可能引起框架柱扭转而在柱非加密区产生的裂缝，改善柱中部区域在地震作用下的延性性能，同时可以提高框架柱的施工质量。建议柱箍筋优化布置方式应用在底层框架柱、下部几层的角柱以及可能承受扭矩作用而没有进行抗扭设计的框架柱上。（上接第３３页）１３．８℃。达到规定要求。５实施效果
１）成都航天科技大厦超厚基础底板的施工实践中，采用了钢管架体作钢筋马凳，基础底板钢筋绑扎过程中，３．５ｍ高的马凳牢固可靠，施工过程中上下层底板钢筋均无任何移位与变形现象。
２）对后浇带部位模板支撑均进行计算，采取措施保证支撑强度，模板拆除后，底板外侧、后浇带及井筒等处无跑模、漏浆情况。
３）底板混凝土配合比设计时，根据当地特点，采用掺加粉煤灰、膨胀剂与高效减水剂相结合的技术措施；在浇筑完成后，采用塑料薄膜与麻袋分层叠加的养护措施；施工至今，所有底板均未出现裂缝，测温结果表明，３．５ｍ厚底板温差均小于２５℃；所有混凝土标准养护试块、同条件试块其２８ｄ抗压强度均符合设计要求，抗渗试块符合ＳＩＯ抗渗等级要求。
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作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：
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下载时间：2010年5月16日