異形柱縱筋最小配筋率建議

王依群、冉令譞、嚴孝欽2010，9第二十一屆全國高層建筑結構學術會議論文2010年

摘要：《混凝土異形柱結構技術規程》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度抗震設防區設計中頗受爭議，影響到規程的執行。本文根據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，對若干實際工程進行試設計，并與用CRSC軟件按現行規程設計結果的用鋼量進行了比較，結果表明建議的最小配筋率對受力較小的結構節省鋼筋，另外建議的配筋方案還提高了T形柱的延性。1引言《混凝土結構設計規范》GB50010-2002規定受壓構件最小配筋率的目的是抑制該構件的脆性破壞，避免混凝土被突然壓潰，并使受壓構件具有必要的剛度和抵抗荷載偶然偏心作用的能力。因而，規范9.5.1條對矩形截面柱規定了全部縱筋的最小配筋率（總配筋率）0.6%和截面一側縱向鋼筋最小配筋率（單側配筋率）0.2%。規范11.4.12條對抗震設計時構件截面總最小配筋率有所提高，雖對單側最小配筋率沒有提高，但很多情況下最小配筋是由單側最小配筋率控制，尤其是柱截面兩邊長相距較大時。規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。現行規程截面肢端最小配筋率是以全截面面積的0.2個百分數表示的，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）當沿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生受力最大現象，規程6.2.3條規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(即較容易實現柱鉸晚出現或不出現，算例見文［3］)。2.3L形截面柱當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規程，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、四級抗震設計時，總配筋量會有所減小。比如規程允許的最小截面尺寸（肢寬200mm，肢高500mm）的+字形截面柱可由現在的配筋12d16變為12d14，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。在結構受水平荷載較小時，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，與現行規程相比之下，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字形截面柱可由現在的配筋10d16變為12d14，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構住宅，6度地震設防，II類場地，設計地震分組: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，并考慮質量偶然偏心影響。基本風壓0.4kN/m2。C30混凝土，HRB400鋼筋。每標準層（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(經受罕遇地震后結構基本完好)Z4、Z5（肢端配筋率不足0.2%)5結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，編制了相應的計算機軟件，并通過工程實例進行了試設計，結果表明除軸壓比很小的房屋頂層T形柱外，無論非抗震、低設防烈度和較高烈度地震設防的