異形柱縱筋最小配筋率建議

異形柱縱筋最小配筋率建議

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1、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(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會(huì)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(shí)施以來(lái),異形柱肢端最小縱筋配筋率的強(qiáng)制性條文在非抗震和6度抗震設(shè)防區(qū)設(shè)計(jì)中頗受爭(zhēng)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(jì)算機(jī)軟件,對(duì)若干實(shí)際工程進(jìn)行試設(shè)計(jì),并與用CRSC軟件按現(xiàn)行規(guī)程設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)規(guī)

2、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(duì)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(duì)抗震設(shè)計(jì)時(shí)構(gòu)件截面總最小配筋率有所提高,雖對(duì)單側(cè)最小配筋率沒(méi)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(zhǎng)相距較大時(shí)。?規(guī)范這兩個(gè)條文均是強(qiáng)制性條文,可見(jiàn)問(wèn)題的重要性。?《混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)

3、程》JGJ149-2006[2](以下簡(jiǎn)稱“規(guī)程”)6.2.5條參照上述二條文對(duì)L、T、+字形截面柱制定了截面總配筋率,和相當(dāng)于上述單側(cè)最小配筋率的截面肢端最小配筋率。?因規(guī)程還有在截面肢端異形柱及兩方向肢相交處放置直徑宜相同的縱筋規(guī)定,由此造成截面最小配筋往往由肢端最小配筋率控制。?規(guī)程出臺(tái)后,很多設(shè)計(jì)人員反映最小配筋偏大,經(jīng)研究,我們?cè)诮衲臧l(fā)表的文章對(duì)此提出最小配筋率的建議。2建議的異形柱縱筋最小配筋率現(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(gè)百分?jǐn)?shù)表示的,針對(duì)L、T、+字形截面柱的各自不同情況,建議如下。?2.1

4、+字形截面柱因處于受彎肢中部且垂直于受彎肢的肢對(duì)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。圖1+字形柱截面?2.2T形截面柱如圖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。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(shí),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(diǎn)偏低。要防止小偏壓脆性破壞,須提高該界限點(diǎn)的軸壓力值,這可通過(guò)增大截面該肢端的縱筋量

5、解決。圖4所示為兩種配筋方式的T形柱截面(圖3)的N—M相關(guān)曲線展示了豎向肢上端縱筋面積的增加對(duì)大小偏壓界限點(diǎn)提高的明顯效果。α為90度時(shí)提高近30%增強(qiáng)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(qiáng)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(shí)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(méi)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(shí),兩種配筋形式的受力性能介于圖4

6、、圖5所示的之間,增強(qiáng)配筋形式的受力性能要好些。對(duì)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(qiáng)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(shí)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(shí)現(xiàn)柱鉸晚出現(xiàn)或不出現(xiàn),算例見(jiàn)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(shí),受壓肢

7、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2.4截面總配筋率隨肢端配筋率變化并參照規(guī)范對(duì)矩形柱相關(guān)規(guī)定,建議如下?異形截面中、邊柱建議值均為矩形柱規(guī)定值增加0.1%,角柱建議值與現(xiàn)行規(guī)程保持一致,改進(jìn)了現(xiàn)行規(guī)程總配筋率不隨抗震性能要求的提高而提高的不正常現(xiàn)象。實(shí)際上,按現(xiàn)行規(guī)程的工程設(shè)計(jì),柱截面配筋量是由各肢端最小配筋率和規(guī)程6.2.3條受力縱筋直徑宜相同控制,地震設(shè)防烈度低時(shí),全截面配筋被上述理由提高到了0.8%。鋼種差別在此上調(diào)整

8、4用鋼量分析及工程實(shí)例比較?+字形截面柱在非抗震和三、四級(jí)抗震設(shè)計(jì)時(shí),總配筋量會(huì)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(duì)于T形截面柱的配筋方式,由圖4-6可見(jiàn)普通配

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