异形柱结构设计释疑

1、连载异形柱结构设计疑难释义 /forum/viewthread.php?tid=53543&extra=page%3D1前言 <钢筋混凝土异形柱结构技术规程>征求意见稿已发布。为配合广大设计人员学习规程、使用规程的需要，本人拟编写<异形柱结构设计疑难释义>文字材料，欢迎读者提意见与建议。 本人有幸参加了规程编制工作，亲身聆听了规程编制组各位专家的真知卓见，让我长了见识与才干，本文字材料中正确的观点就是以上专家的观点反映，在这里也向各位专家表示感谢；至于本文字材料中有缺陷、甚至错误的观点则是因本人才疏学浅造成，完全由本人负责，并请读者不吝赐教。

2、 问：“一”形柱为什么规程中未采用？ 答：“一”形柱截面两主轴方向抗弯能力相差甚大。不论是在风荷载作用下还是在地震作用下结构中的柱一般都是受到两个方向的弯矩同时作用，其受力后的表现可想而知，以上是正截面承载力方面。“一”形柱在双向剪力作用下性能也不好，由<混凝土结构设计规范>GB50010柱双向受剪承载力计算公式可见，柱截面相邻两边长相差越多，其斜向受剪承载力越低。如沿“一”形柱短边方向有梁与其相连，则此梁柱节点的核心区面积只有柱厚乘梁宽这一点点，显然承受不了它受到的节点剪力。 2000年前中国建筑科学研究院抗震所做了“高层建筑短肢剪力墙结构振动台试验研究”(见<建筑科学&g

3、t;2000年1期12-16页程绍革、陈善阳、刘经伟的文章)项目。试验结果为：“破坏最严重的墙肢是底层一字形的小墙肢”。注：按文中所附图中小墙肢的长宽比例可其墙肢长/墙肢厚之比很小(<4)，属于柱的范围。该文结论之一是：“短肢墙应在两个方向均有连接，避免采用孤立的一字形墙肢。”这也可看为是对前面分析的试验验证。 所以异形柱规程未将“一”形柱列入。问：规程为什么未将Z形柱列入？ 答：Z形截面柱与“一”形截面柱类似，即两主轴方向抗弯能力相差甚大，如图示。其正截面受弯及双向受剪性能可参见“一”形截面柱的解释。 仅有的Z形柱试验是李杰等人做的沿Z形中间肢作用弯矩和剪力的试验，结果是在此肢中间沿柱

4、长方向出现较大的裂缝。一般情况即斜向受力现无试验研究。多数情况下是Z形的上下两水平肢受与其方向一致的力，即由两根梁传来的拉力或压力，这只有通过中间肢的受扭来传递，后果只能是中间肢的断裂！节点受剪性能到底如何？这些都没有试验结果可以借鉴。钢筋混凝土结构是复杂的非线性复合材料结构，目前还离不开试验，在无大量试验背景下就提出计算公式并列入规程指导设计，显然是太草率了！问：为什么规程中的“异形柱”只限于肢厚小于300mm（L、T、+）异形柱？ 答：现在建筑界所讲的“异形柱”，特点是截面肢薄，由此引起构件性能与矩形柱性能的差异。这些包括受力、变形、构造做法等一系列差异。制定规程主要是针对肢厚200、25

5、0mm的异形柱，如将肢厚等于和大于300mm的L、T、+异形柱也列入其中，将会有大量篇幅是在后者上，即后者所占的篇幅要大于前者所占篇幅，这将使规程变得“失去重心”。例如：混凝土结构设计规范GB50010规定柱截面任一边的尺寸不宜小于300mm，但异形柱的（两肢）肢厚在此情况时，可服从GB50010的规定，即混凝土强度等级可到C50以上；纵筋直径可不应受不大于25mm的限制；纵筋配筋率可不受3%的限制；钢筋净保护层最小要达到30mm；与此柱相连的框架梁梁高可不受异形柱规程限制；截面肢高也不应受不小于500mm的限制、因GB50010规定300mm300mm截面的柱可做，我做了一400mm400m

6、m只是去掉了100mm100mm的一个角的柱，按异形柱规程（肢长不得小于500mm）就不让做了，等等。如将肢厚小于300mm（L、T、+）异形柱也列入规程，则以上所列的这些都要在规程中做出规定，而这些在GB50010中已有规定，占了篇幅，还没有新的东西，让设计人员两本标准都要看，不知要浪费多少人的多少时间。问：为什么不对异形截面柱提出双向受剪截面尺寸及承载力的要求？ 答：试验表明，矩形截面钢筋混凝土柱在斜向水平荷载作用下，其受剪承载力大致服从椭圆规律（图1）。椭圆的主次轴在X、Y坐标轴上。如将斜向作用剪力沿X、Y轴方向分解而分别按各自方向验算截面尺寸及计算配筋的话，其结果是设计出的构件受剪承载

7、力偏小了，即在图形上看，斜向剪力作用点处于承载力椭圆图形的外边（图1）。所以，设计计算时要先将剪力沿X、Y方向的两个分力分别扩大，然后再按X、Y向分别配筋，才能达到斜向承载力大于作用力的效果，这就是混凝土结构设计规范GB50010的作法。 L、T、+形截面柱有斜向水平荷载作用下，其受剪承载力的平面图形为梅花状（图2），在各象限图形是凸的。在斜向剪力作用下，如果按X、Y两个分量分别配筋满足要求的话，其斜向承载力也能满足要求。由以上原因，异形柱规程规定异形柱的斜截面承载力可以分X、Y向分别进行设计。图2是等肢（即两肢长度、宽度相同）异形截面柱受剪承载力图形，不等肢时，该图形的凸出程度要差一些，两肢

8、长度相差越大，凸出程度越差，一形柱就是个扁椭圆。所以，这也是规程规定异形柱截面任一肢肢长不得小于500mm的一个原因。问：规程限制异形柱截面各肢长不小于500mm的原因何在？ 答：规程此条隐含着可以采用不等肢的异形柱截面，即L、T、+形截面的两个正交方向的肢长或肢厚可以不相等。规定此条有以下几个方面的原因： 1双向正截面承截力要求。因住宅等民用建筑层高不大于3m，要满足柱肢长度与柱肢厚度之比不大于4及柱净高与柱截面肢长之比不小于3这两条要求，截面最大肢长不会大于800mm。如果，截面一个肢长为800mm，若另一肢肢长小于500mm，则柱的双偏压计算表明，该柱的两轴抵抗弯矩图是一个很扁的椭圆，即两轴的抵抗弯矩值相差很多，比“一”形柱好不了多少； 2各荷载角方向延性相差很多，为了保证其有一定的延性，即最小延性的荷载角时的延性达到抗震的要求，箍筋间距要加的很密，不是规程按轴压比确定箍筋间距的表中数值所能包含的。随着两肢肢长比的变化，箍筋间距变化很大，不易用较简