钢筋混凝土框架柱轴压比设计

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发布时间：2021-09-13

资料介绍

钢筋混凝土框架柱轴压比设计
姜维山马乐为
（西安建筑科技大学%#$$&&）
孙慧中
（中国建筑科学研究院北京#$$$#!）
［提要］为深入认识钢筋混凝土框架柱轴压比限值的含义，从框架柱的破坏机理、配箍构造等因素出发，引伸
建立轴压比与变形角、配箍特征值的关系式，以便更好理解新修订的《混凝土结构设计规范》（’(&$$#$—"$$"）
的具体规定。另外，提出高强螺旋箍筋能增加框架柱抗震性能，是解决框架柱轴压比问题的有效措施，其研究
结果对发展应用高强混凝土有实际意义。
［关键词］钢筋混凝土框架柱轴压比配箍特征值高强螺旋箍筋变形角
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一、前言
钢筋混凝土框架柱在压弯力的作用下，其变形能
力随着轴压比的增加而降低，特别在高轴压或小剪跨
时呈现脆性破坏，为了确保框架结构在地震力作用时
的安全可靠，国家标准设计规范都规定有框架柱轴压
比的限值。在工程设计时，往往为了满足柱轴压比的
限值要求，常需要增大混凝土柱的截面面积，而其纵向
钢筋却多按最小构造要求配置。巨大的柱截面不仅占
去了许多宝贵的建筑空间，而且也使柱的高度与柱的
截面高度之比!／"!F，柱的破坏形式由小偏压破坏
转变为脆性的剪切破坏，这样仍然没有达到抗震的安
全可靠的要求。这种设计不合理的现象必须尽快改
进，为此在修订混凝土结构设计规范时［#］，增加了一些
关于轴压比限值的新规定。
二、钢筋混凝土框架柱的受震破坏机理
钢筋混凝土框架柱受震破坏种类概括起来有三
种，即大偏压破坏，其受拉钢筋先屈服，塑性变形充分
发展后，压区混凝土被压坏，它具有较好的延性；而对
于小偏压破坏，其受拉钢筋没有达到屈服，压区混凝土
破碎而坏，它不具有抗震的延性；第三种即为短柱的破
坏，是一种剪切破坏或纵筋的粘着滑移破坏，其脆性特
点更明显，也是最容易发生震害的破坏形式。由以上
可见，脆性破坏的关键是混凝土开裂、破碎以至剥落，
要想控制柱的脆性破坏，在于约束混凝土使其裂而不
碎，不能剥落。
抗震设计的着眼点在于大变形时的混凝土破碎，
柱在大变形、反复荷载循环作用下，混凝土必定会开
裂。如果采用普通箍筋，每个箍筋末端用弯钩锚固在
混凝土内，则当混凝土开裂后便会失去锚固作用，在受
震时，箍筋末端崩开，其约束的纵筋即会发生纵向弯
曲，呈现灯笼状，核心区混凝土也将破碎、剥落，这种震
害现象是众所周知的。对于短柱则因为箍筋末端崩
开，而将出现柱的剪切滑移以至倒塌。
认识了框架柱的破坏机理，即能有的放矢，给混凝
土以约束作用，阻止混凝土破碎、剥落，变脆性为塑性，
即改变了轴压比控制柱的截面设计，缩小了柱的截面。
三、影响轴压比限值的有关因素
影响轴压比限值的因素很多，除抗震等级以外，不
同的结构类型（如框架结构、框架抗震墙结构、板柱抗
震墙及筒体、部分框支抗震墙等结构体系）在受震时的
框架柱抗震防线不同，当然其轴压比的限值应当不同。
另外，混凝土的强度等级也不同，变形能力有所区
别，混凝土强度越高越是呈现脆性破坏。如前所述，对
混凝土进行横向变形的约束可以克服混凝土的破碎及
剥落，即可变混凝土的脆性破坏为延性破坏。钢筋混
凝土柱约束混凝土的方法就是改进箍筋的构造形式，
如提高配箍率或提高配箍特征值、减小箍筋间距、减小
箍筋肢距（采用复合箍）以及采用连续式螺旋箍筋，克
服单个箍筋末端锚固失效的问题。如此等等说明，箍
筋的构造是与轴压比密切相关的，特别是配箍特征值
宜做较具体的规定。
对应于高强度混凝土则需要更高强的约束力以约