2.2 柱的施工图
通过学习本节篮球架支撑柱的施工图绘制，你将能够：
1）掌握柱施工时要布置哪些钢筋；
2）了解根据内力计算柱钢筋的原理；
3）了解柱的构造要求；
4）学会认识柱的施工图表示法。
2.2.1 柱的钢筋
图2-35为柱钢筋的平面表示法。
图2-35 柱的平面表示法
柱的施工图详细说明参见《国家建筑标准设计图集》（11G101-1），如图2-36截面标注主要内容如下。
图2-36 柱截面标注
1）柱编号：上下层在相同位置的柱一般编号相同，不同位置柱的截面和钢筋相同编同一编号。
2）柱截面尺寸：矩形、圆形和异形柱（L形柱、T形柱和十字形柱）尺寸。
3）角部纵筋：矩形角部纵筋，圆形柱总钢筋。
4）柱边纵筋：柱各边钢筋。
5）柱箍筋：核心区、加密区和非加密区箍筋。
6）柱的插筋：每边上层纵筋大于下层纵筋时布置插筋，插筋面积大于等于上下纵筋面积差。
2.2.2 柱的计算配筋
在2.2.1节计算了柱的内力：轴力、弯矩、剪力和扭矩，设计时考虑采用极限状态内力和荷载可能属于不同的工况，还需要根据荷载规范的要求进行基本组合（即承载能力极限状态设计荷载效应组合）内力包络。当地震作用很小和无风荷载时，一般起控制的组合为恒载和活载基本组合：1.35恒载内力+0.98活载内力，更详细的要求见《建筑结构通用分析与设计软件GSSAP说明书》第7章内力组合和调整。
篮球支柱只有恒载工况，如图2-37恒载下的轴力、弯矩、剪力和扭矩乘1.35后用于计算配筋。
图2-37 柱恒载下的内力
N=1.35×35=47.25（kN）
Mx=1.35×30=40.5（kN·m）
Vy=1.35×10=13.5（kN）
对于材料，一般有抗拉、抗压、抗弯、抗剪和抗扭几种力学特性。钢筋混凝土材料包含了两种材料：钢筋和混凝土。混凝土抗拉强度比较小，所以计算时一般忽略。
设计中用墙柱梁板的正截面承载力公式计算纵筋面积，斜截面承载力公式计算箍筋面积。
GSPLOT施工图系统中柱的计算结果显示如图2-38。
图2-38 柱计算结果
矩形柱时，At、Ad、Al和Ar显示上、下、左、右单边配筋面积（mm2），Asc为角部配筋面积（mm2）；Apr为轴压比，Avx和Avy为沿B边和H边加密和非加密区的抗剪配箍面积（mm2/0.1m），CAvx和CAvy为沿B边和H边节点核心区的配箍面积（mm2/0.1m），零为构造配箍（按最小配箍率配箍），Uv为体积配箍率；JKB是柱的最小剪跨比，9999表示没有计算剪跨比。
2.2.2.1 柱的正截面承载力设计方法
柱主要承受压弯作用，柱b边和h边纵筋面积要满足《混凝土结构设计规范》（以下简称《混规》）轴心受压和偏心受压正截面承载力的要求。更多的计算要求见《建筑结构通用分析与设计软件GSSAP说明书》第8章柱截面设计。
（1）轴心受压计算
轴心受压构件正截面受压承载力按如下《混规》要求计算。
式中 N——轴向压力设计值；
φ——钢筋混凝土构件的稳定系数，按《混规》表6.2.15采用；
fc——混凝土轴心抗压强度设计值，按表2-1采用；
A——构件截面面积；
——全部纵向钢筋的截面面积。
N=47.25<0.9×（14.3×103×0.4×0.5）=2574kN
混凝土部分就满足受压要求。如果不满足，需配置纵筋。
（2）偏心受压计算
矩形截面偏心受压构件正截面（图2-39）受压承载力按如下《混规》计算，公式比较复杂，一般采用软件计算。篮球架支柱轴力和弯矩不大，截面尺寸比较大，计算的配筋很小，用《建筑抗震设计规范》（以下简称《抗规》）的最小配筋率来控制篮球架支柱纵筋总的配筋面积。具体工程设计中，一般的柱计算的纵筋面积都比较小，用《抗规》的最小配筋率来控制柱纵筋总的配筋面积。
图2-39 矩形截面偏心受压构件正截面
偏心受压计算公式：
ei=e0+ea （《混规》6.2.17-4）
式中 e——轴向压力作用点至纵向普通受拉钢筋和预应力受拉钢筋的合力点的距离；
η——偏心受压构件考虑二阶弯矩影响的轴向压力偏心距增大系数，按《混规》第6.2.4条的规定计算；
σs，σp——受拉边或受压较小边的纵向普通钢筋、预应力钢筋的应力；
ei——初始偏心距；
a——纵向普通受拉钢筋和预应力受拉钢筋的合力点至截面近边缘的距离；
e0——轴向压力对截面重心的偏心距：e0=M/N；
ea——附加偏心距，按《混规》第6.2.5条确定。
考虑对称配筋时公式简化：
先按大偏压计算，由《混规》6.2.17-1求得受压区高度x，
当x≤2a'时，由下面公式求
：
当x≥xb时，转向小偏压计算，用近似公式（《混规》6.2.17-7）和（《混规》6.2.17-8）计算
：
此处，相对受压区高度ξ可按下列公式计算：
当2a'≤x≤xb时将x代入《混规》6.2.17-2求
。
2.2.2.2 柱的斜截面承载力设计方法
柱截面尺寸b×h要满足《混规》受剪截面的要求，无地震作用时满足《混规》6.3.16的要求。
Vy=13.5<0.25[14.3×103×0.4×（0.5-0.03）]=672.1（kN）
柱XY向箍筋面积要满足《混规》斜截面承载力的要求（表2-3），根据《混规》6.3.12，篮球支柱的计算箍筋面积为0，满足柱最小体积配箍率即可。具体工程设计中，一般柱的箍筋都是最小体积配箍率控制。
表2-3 框架柱斜截面计算要求
2.2.3 柱的构造要求
构造指不经过承载力计算，规范规定的最小要求。
2.2.3.1 柱的轴压比定义
《抗规》6.3.6对不同结构体系中的框架柱轴压比进行了限值，无地震作用的轴压比不能大于1.05，有地震作用的轴压比限值见表2-4。
表2-4 柱轴压比限值表
注：对于Ⅳ类场地上高于40m的框架结构或高于60m的其他结构体系的混凝土房屋建筑，其轴压比限值应做适量减少。
篮球架支柱的无地震作用轴压比如下：
N/（bhfc）=47.25/（0.4×0.5×14.3×103）=0.017<1.05
篮球架支柱的有地震作用轴压比如下：
地震作用的基本组合=1.2（恒+0.5活）+1.3水平地震
N地=1.2×35=42（kN）
N地/（bhfc）=42/（0.4×0.5×14.3×103）=0.015<0.75
2.2.3.2 柱纵筋的最小配筋率和箍筋的构造要求
构造要求是规范规定的最小要求，根据《抗规》6.3.7，柱纵筋最小配筋率构造要求如表2-5和表2-6。二级抗震等级的篮球支柱满足非框架结构中柱纵向钢筋最小配筋率0.8％，每侧配筋不应小于0.2％。
表2-5 非框架结构的柱中全部纵向受力钢筋的最小配筋百分率
表2-6 框架结构的柱中全部纵向受力钢筋的最小配筋百分率
受压柱一侧纵向钢筋最小配筋百分率不小于0.2％。受压柱构件中全部纵向钢筋的百分率，钢筋强度标准值大于400MPa时，表中数值应减少0.1，钢筋强度标准值为400MPa时，表中数值应减少0.05；当混凝土强度等级为C60及以上时，按表中规定增大0.1。
全部纵向钢筋的配筋率不大于5％。配筋率大于5％时给出超筋信息，应加大截面或提高材料强度。
柱箍筋加密区的构造要求如下。
（1）框架柱加密区的箍筋最大间距和箍筋最小直径
框架柱上、下端箍筋应加密，加密区的箍筋最大间距和箍筋最小直径符合《抗规》6.3.7要求（表2-7）。二级抗震等级的篮球支柱的加密区和梁柱节点核心区箍筋直径不能小于8mm，间距不能大于100mm。
表2-7 箍筋最大间距和箍筋最小直径表
非加密区箍筋间距常用100mm、150mm和200mm，纵筋直径d不能小于16mm，否则二级抗震等级非加密区箍筋最大间距为10d，间距不能取150mm了，浪费箍筋。
（2）框架柱加密区的最小体积配筋率
柱箍筋加密区箍筋的体积配筋率，按《抗规》6.3.7要求。二级抗震等级的篮球架支柱加密区箍筋的体积配筋率不小于0.6％。
式中 ρv——框架柱箍筋加密区的体积配筋率；
fc——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；
fyv——箍筋或拉筋抗拉强度设计值；
λv——最小配箍特征值，最小配箍特征值按表2-8采用。
表2-8 柱箍筋加密区箍筋的最小配箍特征值
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小于0.8％、0.6％、0.4％和0.4％。剪跨比λ≤2的柱，框架柱的箍筋体积配筋率不小于1.2％。9度设防烈度时不小于1.5％。
2.2.3.3 纵筋间距和箍筋肢距要求
根据《抗规》6.3.8的要求，截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋之间距离不宜大于200mm；柱纵向钢筋净距均不应小于50mm。如图2-40所示，篮球支柱b=400mm，保护层为箍筋外皮到柱边距离，减两保护层30mm，再减两箍筋直径和一纵筋直径，400-2×30-2×8-16=302（mm），中间得插入1根纵筋，h=500mm，中间得插入2根纵筋。
图2-40 纵筋间距和箍筋肢距
根据《抗规》6.3.9的要求，柱箍筋加密区的箍筋肢距（箍筋水平距离），一级不宜大于200mm，二、三级不宜大于250mm，四级不宜大于300mm。箍筋肢距按纵筋距离来求，二级抗震等级的篮球架支柱如图2-40所示，每根纵筋都绑上箍筋，箍筋肢距小于250mm。
2.2.4 柱施工图的表示法
柱施工图有如下4种表示法（图2-41）：平法、国标柱表、广东柱表和大样表法。
图2-41 柱施工图的4种表示法
1）平法：在平面图上原位置表示纵筋和箍筋，其他相同的柱编相同的编号，直观。
2）国标柱表：在平面图上相同的柱编相同的编号，另绘制柱表，省图纸。
3）广东柱表：在平面图上相同的柱编相同的编号，另绘制柱表，省图纸，广东省设计单位常用。
4）柱大样表：常用于高层剪力墙结构，柱布置比较少时，柱画法同剪力墙暗柱表。
如图2-42，篮球架支柱，柱号KZ1，截面400mm×500mm，角筋4根16mm，箍筋直径8mm，加密区间距100mm，非加密区间距150mm，b边中1根16mm，h边中2根16mm。
图2-42 柱平面表示法
图2-43显示三维篮球架支柱纵筋和箍筋。
图2-43 三维柱纵筋和箍筋
2.2.5 上机操作
接力上节柱的力学计算的计算模型，自动生成篮球架支柱的钢筋施工图。软件可以通过[平法配筋]生成施工图，再通过[AutoCAD自动成图]绘制成Dwg图（图2-44）。
图2-44 自动生成施工图
在主控菜单点击[平法配筋]，弹出图2-45所示对话框，选择计算模型为“GSSAP”，在[柱选筋控制]中（图2-46）设置柱纵筋最小直径16mm，然后点击[生成施工图]，生成完毕后退出对话框。
图2-45 平法配筋对话框
图2-46 柱选筋控制对话框
在主控菜单点击[AutoCAD自动成图]，进入AutoCAD自动成图系统。
如图2-47所示，点击左边工具栏的[出图习惯设置]，如图2-48，点选[墙柱]，设置柱采用“平法”施工图表示法。
图2-47 AutoCAD窗口
图2-48 墙柱施工图习惯对话框
如图2-49中点击左边工具栏的[生成DWG]，在弹出的对话框中点击[确定]按钮，生成施工图。
图2-49 柱施工图
如图2-49所示，点击[分存DWG]按钮，弹出如图2-50所示是否自动生成钢筋算量数据时选择“是”。
图2-50 生成钢筋算量数据
弹出分存对话框时选择确认，GSPLOT生成如图2-51所示的送给打印室的钢筋施工图和计算配筋图Dw文件。
图2-51 钢筋施工图和计算配筋图Dwg文件
分存Dwg时会自动提示是否打开钢筋图，打开后可看到如图2-52所示的柱钢筋图。
图2-52 柱钢筋图