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1、连载异形柱结构设计疑难释义 http:/okok.org/forum/viewthread.php?tid=53543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。 问：“一”形柱为什么规程中未采用？ 答：“一”形柱截面两
2、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2000 年 1 期 12-16 页程绍革、陈善阳、刘经伟的文章)项
3、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 间沿柱长方向出现较大的裂缝。一般情况即斜向受力现无
4、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、250mm 的异形柱，如将肢厚等
5、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
6、做了一 400mm400mm 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
7、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
8、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 800
9、mm。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，不易用较简单的方法表达； 3 柱截面双向受剪性能较差，此已在上面的条目中提到了，这里不赘述； 4 因一般异形柱肢较薄（200mm 或 250mm），再加上肢较短（小于 500mm），此柱上节 点核心区过小，节点的受剪承载力可能不足。 5 伸入柱内的梁纵筋锚固长度不够的 25d 或者 30d 要求。
