異形柱縱筋最小配筋率建議

王依群、冉令譞、嚴(yán)孝欽2010，9第二十一屆全國高層建筑結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會議論文2010年

摘要：《混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ149-2006實施以來，異形柱肢端最小縱筋配筋率的強制性條文在非抗震和6度抗震設(shè)防區(qū)設(shè)計中頗受爭議，影響到規(guī)程的執(zhí)行。本文根據(jù)作者不久前提出的異形柱縱筋最小配筋率建議編制了計算機軟件，對若干實際工程進(jìn)行試設(shè)計，并與用CRSC軟件按現(xiàn)行規(guī)程設(shè)計結(jié)果的用鋼量進(jìn)行了比較，結(jié)果表明建議的最小配筋率對受力較小的結(jié)構(gòu)節(jié)省鋼筋，另外建議的配筋方案還提高了T形柱的延性。1引言《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002規(guī)定受壓構(gòu)件最小配筋率的目的是抑制該構(gòu)件的脆性破壞，避免混凝土被突然壓潰，并使受壓構(gòu)件具有必要的剛度和抵抗荷載偶然偏心作用的能力。因而，規(guī)范9.5.1條對矩形截面柱規(guī)定了全部縱筋的最小配筋率（總配筋率）0.6%和截面一側(cè)縱向鋼筋最小配筋率（單側(cè)配筋率）0.2%。規(guī)范11.4.12條對抗震設(shè)計時構(gòu)件截面總最小配筋率有所提高，雖對單側(cè)最小配筋率沒有提高，但很多情況下最小配筋是由單側(cè)最小配筋率控制，尤其是柱截面兩邊長相距較大時。規(guī)范這兩個條文均是強制性條文，可見問題的重要性。2建議的異形柱縱筋最小配筋率2.1+字形截面柱因處于受彎肢中部且垂直于受彎肢的肢對受彎承載力影響較小，+字形截面可按面積b×h（即一肢面積，如圖1示）的0.2%作為肢端縱筋的最小面積。現(xiàn)行規(guī)程截面肢端最小配筋率是以全截面面積的0.2個百分?jǐn)?shù)表示的，針對L、T、+字形截面柱的各自不同情況，建議如下。圖1＋字形柱截面

如圖2示，當(dāng)壓力沿水平方向有偶然偏心，圖中水平向肢端的縱筋配筋率可按+字形截面柱的分析處理。

2.2T形截面柱圖2T形柱截面

2.2T形截面柱（續(xù)）當(dāng)沿y方向有偶然偏心時，圖示上部混凝土面積明顯小于下部面積，致使此情況下受壓性能很差，反映在柱N—M相關(guān)曲線（圖4）上的大小偏壓界限點偏低。要防止小偏壓脆性破壞，須提高該界限點的軸壓力值，這可通過增大截面該肢端的縱筋量解決。增強配筋的N—M曲線幾乎全部包住了普通配筋形式的N—M曲線；增強配筋形式最大受彎承載力比普通配筋的大12%（界限破壞附近）。彎矩作用方向角為90度時12d20的比10d22的受彎承載力要大些，但在軸壓力接近零處后者的比前者的略大。圖4、圖5沒表示的方向，除彎矩作用方向角等于0度、180度，后者比前者受彎承載力略有降低外（圖6），其它彎矩作用方向角時，兩種配筋形式的受力性能介于圖4、圖5所示的之間，增強配筋形式的受力性能要好些。對T形柱縱筋配置的建議考慮到雙向偏壓異形柱任一縱向受力鋼筋均可能發(fā)生受力最大現(xiàn)象，規(guī)程6.2.3條規(guī)定縱向受力鋼筋直徑宜相同。并由前述理由，我們推薦采取圖3b示的增強配筋形式，因此，建議圖3示的豎向肢上肢端最小配筋量是水平向肢端最小配筋量的2倍，即規(guī)定該肢端的最小配筋率為按其所在肢截面面積的0.4%，以減小豎向肢端受壓時小偏心受壓脆性破壞，避免或推遲塑性鉸的出現(xiàn)(即較容易實現(xiàn)柱鉸晚出現(xiàn)或不出現(xiàn)，算例見文［3］)。2.3L形截面柱當(dāng)偶然偏心使得壓力作用在圖7示的v軸上時，受壓肢端混凝土面積小，與前述T形柱腹板肢外端類似，肢端配筋不可太小，肢端最小配筋面積仍按現(xiàn)規(guī)程，按全截面面積的0.2%采用［5］。圖7L形截面

4用鋼量分析及工程實例比較+字形截面柱在非抗震和三、四級抗震設(shè)計時，總配筋量會有所減小。比如規(guī)程允許的最小截面尺寸（肢寬200mm，肢高500mm）的+字形截面柱可由現(xiàn)在的配筋12d16變?yōu)?2d14，用鋼量減少30.67%。對于T形截面柱的配筋方式，由圖4-6可見普通配筋形式10根d級鋼筋的性能（承載力和延性）不如增強配筋形式12根d-1級鋼筋的性能，但后者的配筋量比前者還略少些。即使鋼筋量有所增加，從防止脆性破壞的角度看還是必須的。在結(jié)構(gòu)受水平荷載較小時，即T形截面柱配筋由最小總配筋率控制時，按前述建議，圖2示的豎向肢端與其它肢端單獨計算最小配筋率，與現(xiàn)行規(guī)程相比之下，如按增強配筋形式，豎向肢端多配些，兩水平肢端少配了些（該肢面積的0.2%），總鋼筋量不增加或略有增加。比如規(guī)程允許的最小截面尺寸（肢寬200mm，肢高500mm）的T字形截面柱可由現(xiàn)在的配筋10d16變?yōu)?2d14，用鋼量減少6.02%。對于受力控制配筋的頂層T形柱，由于軸壓比很小，按建議方法及圖4可見配筋量會有所增加。L形截面柱地震設(shè)防烈度較低時，建議的配筋率沒有改變。工程實例，某13層異形柱框架剪力墻結(jié)構(gòu)住宅，6度地震設(shè)防，II類場地，設(shè)計地震分組:二組，框架抗震等級為三級。計算中考慮雙向水平地震同時作用，并考慮質(zhì)量偶然偏心影響。基本風(fēng)壓0.4kN/m2。C30混凝土，HRB400鋼筋。每標(biāo)準(zhǔn)層（圖7）有14根柱。柱傾覆彎矩占總抵抗彎矩的百分比為46.05%。

都江堰國堰賓館(經(jīng)受罕遇地震后結(jié)構(gòu)基本完好)Z4、Z5（肢端配筋率不足0.2%)5結(jié)論本文簡介了對異形柱最小配筋率與T形柱配筋方式的建議，編制了相應(yīng)的計算機軟件，并通過工程實例進(jìn)行了試設(shè)計，結(jié)果表明除軸壓比很小的房屋頂層T形柱外，無論非抗震、低設(shè)防烈度和較高烈度地震設(shè)防的