考虑纵筋影响的异形柱轴压比限值.pdf

第十八届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年考虑纵筋影响的异形柱轴压比限值张伟1 ，2梁兴文1( I ．西安建筑科技火学．两安7 1 0 0 5 5 ：2 ．华艺跛计颟I I j ( 深圳) 有限公司．．深圳5 1 8 0 3 1 )提要：从柱轴压比限值的基本概念出发，针对钢筋混凝土异形柱构件，考虑腹板受篮和翼缘受聪两种情况，考虑纵筋对轴压比限值的影响，推导了异形柱轴压比限值计算公式分析结果表明，异形柱截面受压区位置不同，轴压比限值相差较大．翼缘受压时，混凝±受压区面积增大，轴压比限值提高；腹板受压时，混凝土受压区面积减小，轴压比限值降低：纵筋对异形柱轴压比限值的影响也随受压区的位置不同丽不同此外．异形柱轴压比限值还与纵筋的配置和数重、混凝±强度等级、钢筋强度、柱截面形状系数有关关键词：异形柱：轴压比：腹板；翼缘1 前言在设计钢筋混凝土框架柱时，其截面尺寸一般由轴压比来控制，抗震规范【l 】对此有详细的规定已有的研究表明：在同等条件下，钢筋混凝土异形柱的力学性能劣于矩形柱，所以异形柱的轴压比限值就不能直接采用抗震规范的相关规定目前一些地方规程f 2 】【3 】对异形柱的轴压比限值作了规定，一致认为异形柱的轴压比限值应小于矩形柱。

由于研究方法不同，具体的取值尚存在差异本文依据柱轴压比的概念，以T 形柱为例，推导异形柱轴压比限僮的计算公式，其中考虑了翼缘和腹板内纵筋对轴压比限值的影响2 异形柱轴压比限值公式的推导柱轴压比限值是以大、小偏心受压破坏的界限状态来确定的文献【4 】推导了矩形柱轴压比限值的计算公式，认为轴压比限值【咒】仅由混凝土相对界限受压区高度彘确定，即 b l _ 1 ．6 3 善b( 1 )式( 1 ) 成立的前提条件是假设4 i o = 4 ∥o ( 对称配筋) ，且忽略柱截面的纵筋对轴压比限值的影响文献【5 】考虑了沿柱截面高度布置的腹部纵筋的影响，得到矩形截面柱轴压比限值的公式： M - 1 ．6 3 色+ o ．1 8 1 几等掣盟．孚，( 2 )张伟．男，1 9 7 3 ．5 出生．工学硕士，一级注册结构工程师 } 陕珏省自然科学基金资助项目( 2 0 0 1 C 2 6 )·7 4 0 ·第’I - - J k 届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年式中：鼠为相对界限受E , I K _ 高度；p ，；为柱截面纵筋的配筋率，P A ，／( b h ) ；b 、h S }别为柱截面的宽度和高度；h 。

为柱截砸的有效高度：a ；为钢筋合力点至截面边缘的距离；f ．、∥分别为受拉、压纵筋的应力：A 为纵筋的总面积式( 2 ) 中，右边第一项同式( 1 ) ，第二项为纵筋对轴压比限值的贡献，该项总为正值，纵筋对轴压比限值起到了有利的作用即在相同条件’卜．，若考虑纵筋的影响，可以减小柱截面的尺寸，具有一定的经济意义，故式( 1 ) 不考虑纵筋的影响是偏于保守的对于钢筋混凝土异形柱，不仅截面形状与矩形柱不同，而且其截面一般为非对称配筋，所以式( 2 ) 不能直接应用于异形柱，应根据异形柱的特点，建立轴压比限值的计算公式本文仅以T 形柱为例进行分析，具体说明异形柱轴压比限值的特点，对其他截面形式不作讨论由予T 形柱实际受力时弯矩作用方向与工程轴为任意角，且在大多数情况下，T 形柱处于双向偏心受压状态，这样只能给出宏观的表达公式，无法从计算公式具体看出不同荷载角对轴压比限值的影响因此，本文仅考虑弯矩作用方向平行于工程轴的特殊情况( 腹板受压和翼缘受压) ，即受力状态为最不利和最有利的两种情况，求出轴压比限值的最大、最小值，其他荷载角作用时轴压比限值介于二者之闻【6 】当异形柱受力处于界限受压状态时，受拉钢筋屈服，同时受压区外边缘混凝土达到极限压应变占。

0 ．0 0 3 3 ，可求出混凝士相对受压区高度五／h 为：X 1 ／h o = 彘( 3 )分析一般常见的T 形柱，柱肢高厚比为3 、4 ，分为边柱和中柱两种情况，对应的翼缘高度缸分别取3 0 0 、2 0 0 m m 求出各种情况翼缘高度协腹板高度( J I l 一的与T 形柱有效高度 h 的比值，具体计算如表l ，表中各符号意义见图1 为表达方便，令 b ，= 如，h ，= 励l 口> 1 ，口 h ，( 图I c ) 枣f ，同理可推导出下列公式：机= q 厶[ ．8 云+ Q —t 归] 锨+ 厶喜九 ％= 丽N k = 南l 2 雨瓦万㈦帅云+ 蒜㈦帅彘+ 蒜·7 4 3 ·( 1 8 )( 1 9 )( 2 0 )第十八届全嚣离层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年式中：@ - 1 ) , a 反映了翼缘受压时对混凝土抗压的有利作用，使得轴压比限值增大 轴压比限值的设计值为1他2 甬1i 砺‘+ l 口一l } 矽1 ．6 8 f ．, 凌∑A ，，L 5 1 磊+ 荫+ 1 ．6 8 ( a 一1 ) p( 2 1 )3 算例分析由式( 1 5 ) 、( 1 8 ) 、( 2 1 ) 可知，T 形柱轴压比限值的设计值表达式由两项构成，第一项与式( 1 ) 相当，与柱截面形状系数口、∥和混凝土相对界限受压区高度量有关：第二项与柱中纵筋配置和数量、混凝土强度等级、钢筋强度、柱截面形状系数有关。

为分析轴压比限 值与诸因素的关系及变化规律，柱肢高厚比取3 、4 ，翼缘高度^ r 取2 0 0 、3 0 0 m m ，共计四 种截面形式，分别计算轴压比限值的设计值，计算结果见表2 ，相应的变化曲线如图2 所示分析表2 和图2 ，可得出以下结论：( 1 ) 翼缘受压与腹板受压时T 形柱轴压比限值旧有较大差异，前者是后者的3 ．0 2 ～7 ．6 5 倍，这主要是由T 形柱截面形状的特殊性造成的，即翼缘宽度6 ，是腹板宽度b 的3 - ' - - 4 倍，且翼缘的纵筋数量是腹板的2 ～3 倍翼缘受压时混凝土受压区的面积较大，比较式( 1 5 ) 与( 1 8 ) ，公式右侧第一项后者是前者的口倍，口的取值在3 ～4 之间：公式第二项前者为负值， 后者为正值因腹板、翼缘内配置纵筋的影响，当腹扳受压时使得T 形柱的轴压比限值减小，而翼缘受压时情况正好相反 2 ) T 形柱截面内纵筋位置保持不变，仅改变钢筋直径d ，即增大配筋率p ∥随着钢筋直径的增大，当腹板受压时，轴压比限值印】随之减小；当翼缘受压时，轴压比限值渊 随之增大这是因为腹板受压时，全部钢筋的合力为负值，翼缘受压时则为正值 3 ) 随着混凝土强度等级的增大，腹板受压时M 增大，而翼缘受压时【以】减小，对应二者的比值露2 厢l 减小。

4 ) 随着柱肢高厚比h ／b 的增大，腹板受压时【盯】减小，而翼缘受压时f 以】增大 5 ) 在界限状态，当腹板受压时，混凝土受压区高度X l 均在腹板以内，即x l h f a4 结论( 1 ) ‘异形柱轴压比限值有别于矩形柱，不同受力状态时其变化规律不尽相同，主要与枉 肢高厚比、截面尺寸、混凝土强度等级、配筋形式和数量、荷载角等因素有关 2 ) 在水平地震作用下，T 形截面柱可能腹板受压、也可能翼缘受压，其轴压比限值介，两者之间如取其平均值，则轴压比限值接近于O ．8 ( 见表2 ) ，而矩形柱的轴压比限值超过了0 ．9 【式( 2 ) 】所以，在相同条件下，异形柱轴压比限值应低予矩形柱·7 4 4 ·第十八届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年究 3 ) 本文所讨论的异形柱轴压比限值仅适用于T 、L 形柱，对十字形柱还需要进一步研袭2 各种常见情况轴压b 匕限俊的设计值单位：m m 、m m 2混凝土强纵筋柱肢高厚比h ／b = 3柱肢高厚比h ／b = 4 拄类型 度等级直径A s l人2n in ’n 2 ／n IA s IA s 21 1 In 2n z ／n-2 01 2 5 66 2 80 ．3 0 81 ．2 7 64 ．1 4l8 8 46 2 80 ．2 4 91 ．3 3 65 ．3 7C 3 02 21 5 2 07 6 00 ．2 9 0i ．2 9 44 ．4 62 2 8 07 6 00 ．2 2 2I ．3 5 26 ．0 9边柱2 51 9 6 49 8 20 ．2 5 91 ．3 2 55 ．1 22 9 4 69 8 20 ．1 7 91 ．3 7 87 ．6 5( h r 3 0 0 )2 01 2 5 66 2 80 ．3 3 01 ．2 5 43 ．8 01 8 8 46 2 80 ．2 8 01 ，3 1 74 ，7 0C 4 02 21 5 2 07 6 00 ．3 1 61 ．2 6 84 ．O l2 2 8 07 6 00 ．2 6 0I ．3 2 95 ．1 1●2 51 9 6 49 8 20 ．2 9 31 ．2 9 14 ．4 l2 9 4 69 8 20 ．2 2 71 ．3 4 95 ．9 42 01 2 5 66 2 80 ．3 7 01 ．2 l O3 ．2 厶1 8 8 46 2 80 ．3 0 21 ．2 6 24 ．1 8C 3 02 21 5 2 07 6 00 ．3 4 81 ．2 2 33 ．5 l2 2 8 07 6 00 ．2 7 01 ．2 8 14 ．7 4中柱2 51 9 6 49 8 20 ．3 l O1 ．2 4 54 ．0 22 9 4 69 8 20 ．2 1 71 ．3 1 36 ．0 5( h r 2 0 0 )2 01 2 5 66 2 80 ．3 9 61 ．1 9 43 ．0 21 8 8 46 2 80 ．3 4 01 ．2 4 03 ．6 5C 4 02 21 5 2 07 6 00 ．3 8 01 ．2 0 43 ．1 72 2 8 07 6 00 ．3 1 61 ．2 5 43 ．9 72 51 9 6 49 8 20 ．3 5 21 ．2 2 13 ．4 72 9 4 69 8 20 ．2 7 61 ．2 7 84 ．6 3lT 形柱腹板受压时轴压比臻值翌”‘’’ ‘‘’‘+ ’。

’●．．—_ I 卜一边柱- ( ' 3 0 - 3鐾¨I ．．、．’‘一．．- ．．．．．—_ ．～边拄o t 0 - 3i ．．’‘’- ·、1 —_ P 一边撞- C i o - t l叫；墓；—_ ．一边柱- - C t 0 - 4···■··巾拄- C 3 0 一l··- ·⋯中拄- C t 0 - 3 ▲．·- 中桂■’∞一．1I ＼‘·2 5 ‘ ⋯●·- 中柱- ( ' 4 0 - 4 2钢筋壹径d ^●PU ．1 a2 ( J2 i2 22 32 42 5图2T 形柱腹板受压与翼缘受压时轴压比限值的变化规律参考文献f 1 1 中华人民共和国国家标准．建筑抗震设计规范( G B 5 0 0 1 1 - 2 0 0 1 ) ．中国建筑工业出版社．( 2 】天津市= [ 程建设标准．钢筋混凝土异形柱结构技术规程( D B 2 9 ．1 6 - 2 0 0 3 ) ．天津市建设管理委员会．【3 1 上海市标准．钢筋砼异型柱结构设计规程( D G ／T J 0 8 ．0 0 9 A ．2 0 0 1 ) ．一卜海市下程建设标准化办公室，2 0 0 l[ 4 1 程文澳等．钢筋混凝土柱的轴压比限值．建筑结构学报，19 9 4 ( 6 ) ．【5 】李爱群等．考虑腹部纵筋影响的混凝±柱轴压比限值．工业建筑，1 9 9 7 ，2 7 ( 1 2 ) ．[ 6 1 黄承透等．钢筋混凝±异形柱轴压比限值研究．大连理工夫学学报，2 0 0 2 ，4 2 ( 2 ) ．f 7 1 张伟．铡筋混凝十异形柱框架结构抗震性能研究两安建筑科技犬学颀i j 学位论文，2 0 0 4 ．3·7 4 5 ·。