钢筋混凝土异形柱的轴压比限值与配箍构造

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钢筋混凝土异形柱的轴压比限值与配箍构造

王依群，许贻懂，陈云霞
（天津大学建筑工程学院，天津３０７）００２摘要：为了从配箍特征值的角度来研究钢筋混凝土异形柱的轴压比限值及其配箍构造，用非线性分析的方采
法，１９０对２６根异形柱截面的延性进行了电算分析，到了与配箍特征值相关的异形柱的轴压比限值，分别从得然后
ＬｉｔｄＶａｕｆＡｘａｍｐｅｓｏｔｎｔｉｎｍｉｅｌｅｏｉｌＣｏｒｓｉｎＲａｉａｄＤｅａｌｇｏｉＲｅｕｒｍｅｔｏｔｒｐｏｐｃａｈｐｄＲＣｌｍｎｑｉｅｎｓｆｒＳｉｕｆＳｅｉｌａｅｒＳＣｏｕ
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维普资讯
第３９卷第３期
２００６年３月
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Ｖ０．９Ｎ．１３ｏ３Ｍａ．２０ｒ０６
ＪｕｎｌｆｉｊｎｖｒｉｏｒａａｉＵｉｅｓｙｏＴｎｎｔ
钢筋混凝土异形柱的轴压比限值与配箍构造
ｕｓｇｖｎ．ｍｎｗａｉｅ
Ｋｅｗｏｄｙｒｓ：ｓｅｉｌｈｐｄｏｕｐｃａｓａｅｃｌｍｎ；ｌｍｉｄａｕｏｘａｃｍｐｅｓｏｒｔｏｄｃｉｉｉｔｖｌｅｆａｉｌｏｒｓｉｎａｉ；ｕｔｌｙ；ｓｉｕｓａｉｇ；ｅｔｔｒｐｐｃｎｒｃａａｅｉｔｃｖｌｅｆｒｐｏｉｉｇｓｉｒｐｈｒｃｒｓｉａｕｏｒｖｄｎｔｒｕ

异形柱框架体系设计轴压比限值研究

够，们对于这种结构的受力性能和设计方法了解人得还不多，并且对这种结构的设计计算方法尚未统
一
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图１钢筋混凝土异形柱截面示意
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异形柱规范

1总则1.0.1为在混凝土异形柱结构设计及施工中贯彻执行国家技术经济政策，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量，制定本规程。

1.0.2本规程主要适用于非抗震设计和抗震设防烈度为6度、7度(O.10g，O.15g)和8度(0.20g)抗震设计的一般居住建筑混凝土异形柱结构的设计及施工。

1.0.3混凝土异形柱结构的设计及施工，除应符合本规程的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

2术语、符号2.1术语2.1.1异形柱specially-shaped column截面几何形状为L形、T形和十字形，且截面各肢的肢高肢厚比不大于4的柱。

2.1.2异形柱结构structure with specially-shaped columns采用异形柱的框架结构和框架-剪力墙结构2.1.3柱截面肢高肢厚比ratio of section height to section thickness of column leg异形柱柱肢截面高度与厚度的比值。

2.2符号2.2.1作用和作用效应Gj——第j层的重力荷载代表值；Mbl、Mbr——框架节点左、右侧梁端弯矩设计值；Mx、My——对截面形心轴x、y的弯矩设计值；N——轴向力设计值；Vc——柱斜截面剪力设计值；VEKi－—第i层对应于水平地震作用标准值的剪力；Vj－—节点核心区剪力设计值；σi——第i个混凝土单元的应力；σj——第j个钢筋单元的应力。

2.2.2材料性能fc——混凝土轴心抗压强度设计值；ft－—混凝土轴心抗拉强度设计值；fy——钢筋的抗拉强度设计值；fyV——箍筋的抗拉强度设计值。

2.2.3几何参数as'——受压钢筋合力点至截面近边的距离；A——柱的全截面面积；Aci－—第i个混凝土单元的面积；Asj－—第j个钢筋单元的面积；Asv－－验算方向的柱肢截面厚度bc范围内同一截面箍筋各肢总截面面积；Asvj－—节点核心区有效验算宽度范围内同一截面验算方向的箍筋各肢总截面面积；bc－—验算方向的柱肢截面厚度；bf——垂直于验算方向的柱肢截面高度；bj——节点核心区的截面有效验算厚度；d——纵向受力钢筋直径；dv——箍筋直径；ea——附加偏心距；e1－—初始偏心距；e0－－轴向力对截面形心的偏心距；eix－－轴向力对截面形心轴y的初始偏心距；eiy－－轴向力对截面形心轴x的初始偏心距；hb－—梁截面高度；hb0－—梁截面有效高度；hc－—验算方向的柱肢截面高度；hf----垂直于验算方向的柱肢截面厚度；hi——第i层楼层层高；hj—－节点核心区的截面高度；hc0——验算方向的柱肢截面有效高度；H——房屋总高度；Hc——节点上、下层柱反弯点之间的距离；l0——柱的计算长度；ra——柱截面对垂直于弯矩作用方向形心轴xa一xa的回转半径；rmin－—柱截面最小回转半径；s－—箍筋间距；Xci、Yci——第i个混凝土单元的形心坐标；Xsj、Ysj——第j个钢筋单元的形心坐标；X0、Y0——截面形心坐标；α——弯矩作用方向角。

钢筋混凝土异型柱结构抗震设计若干问题的探讨

０ＮＯＬｍｌＲＵＥＲＤＴＷ
１９ｌ２
结体构系
一；缀堡
一
．５对剪跨比＜１的柱，压比．５轴在工程设计中，比较容易出现类似算例中的中数值减小００；
限值应专门研究并采取特殊构造措施；情况可能有以］种：Ｌ４沿柱全高采用井字复合箍，箍筋间距、且第一，设计经常以轴力较大的层柱的配筋０ｍ肢０ｍｍ、直径不小于来决定上层柱的配筋，若上层柱的弯矩较大，由不大于１０ｍ、距不大于２０１ｍ或沿柱全高采用复合螺旋箍，２ｍ，且螺距不于相关曲线形状和所围面积随轴向力变化大，致大于１００ｍｍ、距不大于２０ｍ、直径不小于肢０ｍ使下部的配筋无法保证上层柱的安全ａ或沿柱全高采用连续复合矩形螺旋箍，第二，一些平面较不规则的异型柱结构，ｊ２ｍ，有１ｒ
齐；的布置宜横、纵贯通，粱并与异型柱柱肢的几何轴线相重合。异型柱结构竖向布景的一般原则是异型柱结构的竖向布置应规呱、Ｉ均匀！上下层柱交截面处异型柱截心应重合；不宜有过大
、
为控制内力，作为选取截面配筋的依据。对于矩比限值应适当减小。框架柱轴压比限值表ｌ形柱，在某一特定的ＮＭｘＭｙ向受弯的相下，－双关破坏曲线可以近似为一四分之一椭圆弧。且曲
在结构内力计算时，一般会定义几十种荷应较矩形柱为严。二、级抗震等级的各类结构的框架三载工况，以便在构件设汁时选取最不利的荷载组其轴压比Ｎ（Ａ不宜大于表ｌ／ｃ）￣规定合进行配筋计算。通常的做法是选取Ｍｘｍａ、柱和框支柱，．ｘ对Ｉ类场地上较高的高层建筑，柱轴压Ｍｙｍａ、．ｎＮｘＮｎ．ｘＭｙｍｉ、ｍａ、ｍｉ时的内力组合的限值。Ｖ

钢筋混凝土异形截面框架柱轴压比限值的研究

钢筋混凝土异形截面框架柱轴压比限值的研究结构设计中，钢筋混凝土异形截面框架柱是一种广泛应用的结构形式。

在设计过程中，柱的轴压比是一项极为重要的参数。

对于柱的轴压比，国内外有不同的限值标准。

本文主要对钢筋混凝土异形截面框架柱的轴压比限值进行研究。

一、现有轴压比限值标准国内的《建筑结构设计规范》中规定，普通钢筋混凝土柱的轴压比不得超过0.65，高强钢筋混凝土柱的轴压比不得超过0.6。

国外许多标准也对轴压比进行了规定。

美国规定，钢筋混凝土柱的轴压比应小于0.45，且应满足公式（1）：(1) Pu<=0.2fc′A_g+0.4fyA_s其中Pu为柱的轴向受力，fc′为混凝土的轴心抗压强度，Ag为柱的截面面积，fy为钢筋的屈服强度，As为钢筋的截面面积。

欧洲规定，钢筋混凝土柱的轴压比应小于0.45，且应满足公式（2）：(2) Pu<=N_A+M_b/N_z其中NA为柱截面的压杆承载力，Mb为柱截面受弯矩作用产生的弯矩，Nz为柱截面杆件的压杆弹性模量。

二、影响因素1.截面形状异形截面柱的构造比较复杂，不同的截面形状对柱的轴压比限值有不同的影响。

通常来说，异形截面柱的轴压比应比矩形截面柱的限值略小。

2.钢筋种类和状态钢筋种类和状态对柱的轴压比限值也有很大的影响。

不同的钢筋种类和状态所表现出来的受力性能、屈服强度等都不同，因此对轴压比限值的影响也就不同。

3.混凝土强度等级混凝土强度等级对柱的轴压比限值也有很大的影响。

一般来说，混凝土强度等级越高，柱的轴压比限值应该越大。

但是，如果强度等级过高，混凝土内部强度分布不均匀，反而会使得柱的轴压比限值降低。

三、结论与建议根据国内外标准可知，大多数标准都是规定柱的轴压比不得超过0.45，并给出了相应的公式计算方法。

在异形截面柱的设计中，应该根据实际情况选择合适的公式计算柱的轴压比，并满足相应的限值。

同时，截面形状、钢筋种类和状态、混凝土强度等级等因素也需要考虑在内，以保证设计的安全可靠。

异形柱规范

1 总则为在混凝土异形柱结构设计及施工中贯彻执行国家技术经济政策，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量，制定本规程。

本规程主要适用于非抗震设计和抗震设防烈度为6度、7度，和8度抗震设计的一般居住建筑混凝土异形柱结构的设计及施工。

混凝土异形柱结构的设计及施工，除应符合本规程的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

2 术语、符号术语异形柱 specially-shaped column截面几何形状为L形、T形和十字形，且截面各肢的肢高肢厚比不大于4的柱。

异形柱结构 structure with specially-shaped columns采用异形柱的框架结构和框架-剪力墙结构柱截面肢高肢厚比 ratio of section height to section thickness of column leg 异形柱柱肢截面高度与厚度的比值。

符号作用和作用效应Gj——第j层的重力荷载代表值；Mbl、Mbr——框架节点左、右侧梁端弯矩设计值；Mx、My——对截面形心轴x、y的弯矩设计值；N——轴向力设计值；Vc——柱斜截面剪力设计值；VEKi－—第i层对应于水平地震作用标准值的剪力；Vj－—节点核心区剪力设计值；σi——第i个混凝土单元的应力；σj——第j个钢筋单元的应力。

材料性能fc——混凝土轴心抗压强度设计值；ft－—混凝土轴心抗拉强度设计值；fy——钢筋的抗拉强度设计值；fyV——箍筋的抗拉强度设计值。

几何参数as'——受压钢筋合力点至截面近边的距离；A——柱的全截面面积；Aci－—第i个混凝土单元的面积；Asj－—第j个钢筋单元的面积；Asv－－验算方向的柱肢截面厚度bc范围内同一截面箍筋各肢总截面面积；Asvj－—节点核心区有效验算宽度范围内同一截面验算方向的箍筋各肢总截面面积；bc－—验算方向的柱肢截面厚度；bf——垂直于验算方向的柱肢截面高度；bj——节点核心区的截面有效验算厚度；d——纵向受力钢筋直径；dv——箍筋直径；ea——附加偏心距；e1－—初始偏心距；e0－－轴向力对截面形心的偏心距；eix－－轴向力对截面形心轴y的初始偏心距；eiy－－轴向力对截面形心轴x的初始偏心距；hb－—梁截面高度；hb0－—梁截面有效高度；hc－—验算方向的柱肢截面高度；hf----垂直于验算方向的柱肢截面厚度；hi——第i层楼层层高；hj—－节点核心区的截面高度；hc0——验算方向的柱肢截面有效高度；H——房屋总高度；Hc——节点上、下层柱反弯点之间的距离；l0——柱的计算长度；ra——柱截面对垂直于弯矩作用方向形心轴xa一xa的回转半径；rmin－—柱截面最小回转半径；s－—箍筋间距；Xci、Yci——第i个混凝土单元的形心坐标；Xsj、Ysj——第j个钢筋单元的形心坐标；X0、Y0——截面形心坐标；α——弯矩作用方向角。

异形柱框架体系设计轴压比限值研究

ｖ－－－－￣－－－
心受压构件计算正截面承载力和，计算时仅考虑两对边纵向钢筋的作用，忽
略其余纵向钢筋的作用。因此本文建议Ｌ截面柱的轴压比限值可按Ｔ截面形形柱来确定。
昌丑Ｅ丑
图１图２图３参考文献：［］文让，李爱群．筋混凝土轴压比限值［］建筑结构学１成钢Ｊ．报，０４１，６．２０，５（）．［］２张首伟．形柱正截面受压承载力设计［］工程设计ＣＤ异Ｊ．Ａ与智能建筑，
压比设计值提出建议。
［关键词］异形柱轴压比限值
中图分类号：Ｔ３Ｕ７
文献标识码：Ａ文章编号：１０ — １Ｘ２０）２ａ－０４００９９４（０８１（）００－１
在抗震结构设计中，为了保证柱有足够大的截面尺寸，防止小偏心受压
［】Ｎ／ｈ１ｘ．Ｎ厶ｂ）１３．￣＝ｂＬｂ＝．１６２３ｈ＝［】６ｂ６ｕ１３
对于Ｉ、Ｉ、Ⅲ 级钢筋轴压比限值的标准值近似为０６４．４、和Ｉ．１、０５４０５８．２，柱轴压比限值分别为１００．８和０８１因此，我国规范对轴．０、０８７．６。
了钢筋混凝土柱的轴压比Ⅳ／（Ｌ）限值，但这个限值是针对普通矩形柱给出
的，而异形柱轴压比限值的取值直接影响到结构的安全性，因此，有必要对异形柱的轴压比限值进行分析。

结构施工图审查要点异形柱篇

结构施工图审查要点异形柱篇《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ149-20171.0.2本规程主要适用于非抗震设计和抗震设防烈度为6度、7度和8度地区的一般居住建筑混凝土异形柱结构的设计、施工及验收。

3.1.1当根据建筑功能需要设置底部大空间时，可通过框架底部抽柱并设置转换梁，形成底部抽柱带转换层的异形柱结构，其结构设计应符合本规程附录A的规定。

3.1.2异形柱结构房屋适用的最大高度应符合表3.1.2（表略）的要求。

底部抽柱带转换层的异形柱结构，房屋适用的最大高度应符合本规程附录A的规定；8度（0.30g）的异形柱框架-剪力墙结构仅限用于H、11类场地。

3.1.4异形柱结构体系应通过技术、经济和使用条件的综合分析比较确定，除应符合国家现行标准对一般钢筋混凝土结构的有关规定外，尚应符合下列规定：1不应采用部分由异形柱框架与部分砌体墙承重组成的混合结构形式；2抗震设计时，不应采用单跨框架结构，不宜采用连体和错层等复杂结构形式；3楼梯间、电梯井宜根据建筑布置及受力的需要，合理地布置剪力墙、一般框架柱或肢端设暗柱的异形柱；楼梯间的抗震设计应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011的相关规定；4异形柱结构的柱、梁、楼梯、剪力墙均应采用现浇结构。

抗震设计时，楼板宜采用现浇，也可采用现浇层厚度不小于60mm的装配整体式叠合楼板；非抗震设计时，楼板宜采用现浇，也可采用带现浇层的装配整体式叠合楼板。

3.2.5不规则的异形柱结构，其抗震设计应符合下列规定：1扭转不规则时，应计入扭转影响，且楼层竖向构件的最大弹性水平位移和层间位移分别与该楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的比值不应大于1.45;2侧向刚度不规则时，刚度小的楼层地震剪力应乘以不小于1.15的增大系数；3楼层承载力突变时，其薄弱层对应于地震作用标准值的地震剪力应乘以1.25的增大系数；楼层受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%;4竖向抗侧力构件不连续时，构件传递给水平转换构件的地震内力应根据不同条件和情况乘以1.25〜1.50的增大系数；5受力复杂不利部位的柱，宜采用肢端设暗柱的异形柱或一般框架柱。

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度；ｖ体积配箍率；。；柱的Ｐｅｈ是约束箍筋外缘所包围的混凝土宽：是箍筋的间度；、距冻是箍筋屈服强度・
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改进的ＫｎＰｒ模型ｅｔａ－ｋ
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１异形柱的轴压比限值
１，各抗震等级下异形柱轴压比ｎ．与配箍特征值Ａｙ
的关系
是我国规范及欧洲规范［］５中的轴压比６－限值均与配箍
特征值相关．为了与国家规范统一，需要从配箍特征值Ａ的角度来研究异形柱的轴压比限值．、同时考虑到异形柱在截面延性和承载能力方面与矩形柱有很大差异，因而需根据异形柱本身特性确定其配箍构造要求．为此，笔者分析了１９０根异形柱，２６得到了在不同抗震等级下异形柱轴压比与配箍特征值的关系，进而提出了轴压比限并在此基础上，值，分析了不同ｓ以及／ｄ、对异形柱延性的影响，得到了箍筋的构造要求．
０７．
图１受约束混凝土应力一应变关系
ｏｏｎｏＦｇｌＳｒｓ－ｔａｎｒｎｉｅｃｎｒｔｉ．ｔｅｓｓｒｉｆｃｆｄｃｅｅ
１１２程序计算结果与试验结果的比较．．
运用本文程序对文献仁－１」９１中的试验试件进行计算，结果表明截面曲率延性的理论计算值与试验结果吻合较好，１如表所示．
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Ｔ川形［
Ｎｏ９．Ｎｏ１．０
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０报０８０涅ｉ００．．．０１１了武石六６０００４０８０２．．．．１２２２
配箍特征值
１１３计算参数．．等肢ＬＴ十形柱截面尺寸分别为２０ｘ，、０ｍｍ
ＷＡＧ－ｎＸＹ－ｎ，ＨＹ－ａＮｎｘＮＹｑ，ＵｄｇＣＥｕｉｉｕｉｏ
（ｃｏｏＣｉＥｇｅｎＴｎｎｖｓｙＴｎｎ０２Ｃｉ）ｅｉ，ｊＵｉｒｔ，ｊ３０７，ｈａＳｈｏｆｌｉｒｇｉｉｎｅｉｉｉ０ｌｉｎｎｖａａｎ
第３卷第３９期２０年３０６月
天津大学学报ＪｕｎｌｉｊＵｉｒｔｏｒａｏＴａｉｎｖｓｙｆｎｎｅｉ
Ｖｏ．ｌ３９
Ｎｏ３．
Ｍａ．２０ｒ０６
钢筋混凝土异形柱的轴压比限值与配箍构造
王依群，许贻懂，陈云霞
（天津大学建筑工程学院，天津３０７）００２
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表１理论计算值与试验结果的比较
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摘要：为了从配箍特征值的角度来研究钢筋混凝土异形柱的轴压比限值及其配箍构造，采用非线性分析的方法，１９０对２根异形柱截面的延性进行了电算分析，６得到了与配箍特征值相关的异形柱的轴压比限值，然后分别从纵筋压曲和约束混凝土２个方面来分析箍筋配置对异形柱延性的影响，得到了异形柱的配箍构造要求．关键词：异形柱；轴压比限值；延性；箍筋间距；配箍特征值
１，一和５６３且设计轴压比ｎ／Ａ．０７８一］，１］＝｝＝２Ｎｆ１Ｎ／，（ｋ１０Ａ．，ｆ／．＝６ｎ则可反算得到各抗震等级下Ａ｝４）１８，，
与ｎ的关系曲线，如图２所示．
的系数；表示未约束混凝土达到最大应力时对应的ｅ。应变值，取为００２。．；是混凝土圆柱体抗压强度，０ｆ近似取为ｆ二．ｕ为我国混凝土立方体抗压强。０８ｃｃ０Ｊ。ｆ
一７．２５５４５．一０．５８一３９．０一７．７０一１１４．５一５４．９
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方向角／ “ （）
０
Ｏｎ
Ｌ９形［］矩形［］１０
十形［］１０
Ｚ－４Ｚ石Ｚ－７Ｚ名Ｎｏ４．
３５．９６．２４５９．０６４．１４．１８７．９４５２．８
３８．６６０．７５９．５６６．６５１．５８５．５５５．７
１１１程序说明．．笔者依据文献仁」１编制了计算机程序，并作了修改．
（）１基本假定以受压钢筋失稳或弯矩Ｍ下降到
０５．１的面率为曲ｐ；．＿截曲作极限率（８７Ｍ」时．
（）Ｇ将拉筋计人体积配箍率Ｐ；｝（）压区混凝土的应力一３应变关系采用改进的ＫｎＰｒ模型［，ｅ－ｋｔａＢ见图１］．
５０２０ｍｍ０ｍｍ，０
２０ｘ０ｍｍ０ｍｍ８０
，
（）十ｃ形柱
６０ｍ，２０ｍ７０ｍ，０ｍ０ｍｘｍ０
图２不同截面形式的柱轴压比与配箍特征值的关系
ａｄｓｒｓｌｎｔｔｕｔｅｅｓ
０００００１０１０１０１０１０２０２０２．６．８．０．２．４．６．８．０．２．４
配箍特征值
（）ｂＴ形柱弯矩作用
０
Ｑ
％截面形式试件编号实验值拼电，；算值拜误差／
Ａ段（。ｋｏ：鉴ｓ）Ｂ二
收稿日期：０－３０；２５０－７修回日期：０－６２．０２５０－００基金项目：国家建设部“ 混凝土异形柱结构技术规程” 资助项目．作者简介：王依群（９３１５－）男，，博士，副教授，ｗｎｔｈｔａ．ｙａｇ＠ｍｉｃｑｊｏｌｏｍ
中图分类号：Ｔ３５３Ｕ７．文献标志码：Ａ文章编号：４３２３（０６０－２５００９－１７２０）３０９－６
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第３卷第３９期
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钢筋混凝土异形柱的轴压比限值与配箍构造