谈钢筋混凝土框架柱的轴压比限值

第４１卷第１期　２０１５年２月　兰州理工大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．４１　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２Ｏ１５　

文章编号：１６７３—５１９６（２０１５）０１—０１４０—０５　

体积配箍率对轴压比超限的钢筋混凝土　

框架柱抗震性能的影响　

李志强，陈俊杰，唐艳娟　

（石河子大学水利建筑工程学院，新疆石河子８３２００３）　

摘要：利用ＡＢＡＱＵＳ软件对试验原型结构的试验进行模拟，并根据试验原型结构的试验结果对ＡＢＡＱＵＳ软件中　的模型参数进行修正．在此基础上创建５个体积配箍率不同的框架柱，在固定轴向荷载和低周反复荷载作用下进　行模拟试验；通过分析构件的骨架曲线和滞回曲线，找出体积配箍率对轴压比超限框架柱抗震性能的影响规律．研　究结果表明：随着体积配箍率的增加，框架柱荷载一位移曲线愈加饱满；位移延性系数和极限位移得到显著提高，并　具有良好的延性及耗能能力．　关键词：钢筋混凝土框架柱；体积配箍率；滞回曲线；骨架曲线；ＡＢＡＱＵＳ　中图分类号：ＴＵ３１８　文献标识码：Ａ　

Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｖｏｌｕｍｅ　ｓｔｉｒｒｕｐ　ｒａｔｉｏ　ｏｎ　ａｎｔｉ—ｓｅｉｓｍｉｃ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　

ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｒａｍｅｄ　ｃｏｌｕｍｎ　ｗｉｔｈ　ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ　ａｘｉａｌ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　

ＬＩ　Ｚｈｉ—ｑｉａｎｇ．ＣＨＥＮ　Ｊｕｎ－ｊ　ｉｅ．ＴＡＮＧ　Ｙａｎ－ｊ　ｕａｎ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ＆Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｉｈｅｚｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｉｈｅｚｉ　８３２００３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ＡＢＡＱＵＳ。ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｏｆ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｐａｒａｍｅ—　

Ｔ　西部大开发・　２０１０．０１　浅谈十字形截面钢筋混凝土框架柱的轴压比限值　程小军　（武警工程学院，陕西西安７１　００８６）　摘要：通过理论分析，推导并计算了混凝土十字形截面框架柱在界限破坏条件下的轴压比，提出可供设计参考的钢筋混凝土十字形　截面框架柱轴压比限值建议值．　关键词：十字形截面框架柱；轴压比限值；界限破坏　中图分类号：ＴＵ３７５．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９－８６３１（２０１０）０１－００８０—０２　在我国常用的钢筋混凝土框架、框架一剪力墙和框架一简体高　层结构中，常常用到十字形截面的框架柱，规范对轴压比的限定未　根据不同的柱截面形式给出不同的限值，以往大多数试验研究也都　是针对矩形截面展开的，而事实上十字形截面同矩形截面情况有很　大的不同，因此有必要对十字形截面框架柱的轴压比限值作进一步　深入研究。　一、理论分析计算　为导出矩形截面在界限破坏条件下的轴压比计算公式，作如下　基本假定：　（１）截面应变保持平面。　（２）不考虑混凝土的抗拉强度。　《３）混凝土受压的应力与应变关系曲线按下列规定取用：　ｒ　ｆ－　、２］　当Ｅ≤Ｅ。时，ｏ：．　堡一Ｉ　ｌ　１　（１）　ｌ￡０　￡０　Ｊ　当Ｅ　０≤Ｅ≤Ｅ。　时，口＝ｆ　（２）　式中ｆ　＿峰值应力（棱柱体极限抗压强度）；　Ｅ　一相应于峰值应力时的应变，取Ｅ　０＝Ｏ．００２；　Ｅ。　一一极限压应变，取￡。　＝０．００３３ｏ　（４）纵向钢筋的应力与应变关系方程为　ｏ。＝Ｅ。‘Ｅ；≤ｆ　＝、钢筋砼矩形柱的轴压比限值　控制轴压比的目的是为了防止小偏心受压破坏。文献【２】根据钢　筋砼柱大小偏心受压界限破坏的条件，导出了钢筋砼柱轴压比限值　的标准值［　］和设计值［　］：　［　］＝Ｎ　／ｆｏｋｂｈ一§　（３）　式中，Ｎ　厂一柱截面大小偏心受压界限破坏时的轴向承载力　标准值；　ｆ　——砼的轴心抗压强度标准值；　ｂ、ｈ一一分别为矩形截面的宽度和高度。　￡广一界限破坏时柱截面的相对受压区高度；　由应变的平截面假定可得　０．８　Ｅ　＝１＋　Ｅ　、Ｅ。．　一分别为钢筋屈服应变的试验值和砼极限压应变的　试验标准值；　柱轴压比限值的设计值定义为：　［ｕ　］＝ＮＪｆ。ｂｈ　（５）　式中，Ｎ　一柱截面大小偏心受压界限破坏时的轴向承载力　设计值；　ｆ，一一砼的轴心抗压强度设计值。　利用Ｎ　及ｆ　与Ｎ　及ｆ　之间的关系：　Ｎｂ／Ｎｂｋ＝（ｙＧＮｅｋ＋ｙｏＮ０ｋ）／（ＮＧｋ＋ＮＱｋ）≈１．２５　（６）　ｆ。ｋ＝１．３６ｆ　（７）则由式（５）得　［¨　］＝ＮＪｆ。ｂｈ＝１．２５Ｎ　Ｊ（ｆ　Ｊ１．３６×ｂｈ）＝１．２５Ｘ．３６（Ｎ　／ｆ。　ｂｈ）　＝１．７Ｏ［　］≈１．７Ｏ暑　（８）　三、十字形柱截面的轴压比　：　４０　一　（ａ）　（ｃ）　如图１（ａ）所示，假定十字形截面对Ｘ。、ｙ。轴对称，并采用对称　配筋，Ｐ，ＰＡ。＝Ａ’。，ｆｙ＝ｆ’　。钢筋砼偏心受压柱界限破坏时的压区高度　Ｘｂ＝∈　ｈ。，取∈ｂ＝０．５４４，ｈｏ＝０．９　ｈ，则有Ｘｏ＝０．５４４Ｘ０．９　ｈ＝０．４９０　ｈ　０．５　ｈ，说明翼缘有近一半参与受压工作。但由于受压翼缘靠近中　和轴，该部分的应力远低于砼的弯曲抗压强度ｆ。　。文献［４］建立　平衡方程时，对受压翼缘砼的应力采用ｆ　是偏于不安全的。为考虑　受压翼缘应力分布的实际情况，同时也为了方便运用，本文假定受　压翼缘砼的应力为ｆ。　，受压腹板的应力为ｆ。　。忽略拉区砼的拉应　力，并设Ａ。ｆｙｋ＝Ａ’。ｆ　，则由大、小偏心受压界限破坏时力的平衡　条件可得：　Ｎ　ｂ　ｆ　§ｂｂｈ。＋ａ　【６　，一ｂ　，／２　（９）　‘　式中，ａ是小于１的系数。其值根据平截面假定和砼的应力应　变关系理论曲线确定如下：由平截面假定，截面应变分布如图１（ｂ）　所示。受压翼缘边缘砼的应变为　Ｅ　＝ｈ　￡。　／２§　ｈ。　（１０）　式中，Ｅ。．　一受压区边缘砼的极限压应变。由混凝土的本构　关系可知，Ｅ。　＝Ｏ．００３３，受压区砼的理论应力分布如图１（Ｃ）所示，　应力与应变之间的关系为　当￡＜￡。时　厂　，　、２］　ｏ＝　ｌ堡一『　ｌ　ｌ　（１）　ｌ￡０　￡０　Ｊ　当Ｅ　０≤Ｅ≤Ｅ　时　ａ＝ｆ　（２）　一般，受压翼缘边缘砼的压应变Ｅ＜Ｅ　，其上各点的应力应按　式（１）确定。受压翼缘上砼的平均压应力为　＝　隹　（　一　１．１　ｆ￣　ｓｏ专］　ａ＝击［　一导］＝［　一　］（１２）　一般，ｈ‘　＝２２０，ｈ＝５００—１５００，ｈｏ＝０．９ｈ＝４５０～１３５０。对Ｉｌ级　钢筋，§　＝Ｏ．５４４，将上述数据及Ｅ。　＝Ｏ．００３３，Ｅ。＝Ｏ．００２一起代入　式（１　２），得：ａ＝Ｏ．２０６—０．５０７取ａ＝０．３５７（平均值）　并将ｆ。　１．１ｆ。　和ｈ。＝０．９０ｈ代入式（３），得　［　］＝Ｎ　／ｆｏｋｂｈ＝§　＋ａ（ｂ‘ｆ－ｂ）ｈ　ｆ／２ｂｈ。＝Ｅ　ｂ＋０．１７８ｙ。ｆ（１３）　其中ｙ・　：！　。　再由式（５）、（８）、（１　３）可得　（下转第８３页）　作者简介：程小军（１９６３一），男，武警工程学院建筑工程系营产环保教研室主任、副教授，研究方向：暖通设计。

第３４卷第２期　西　安　建　筑　科　技　大　学　学　报（自然科学版）　

２００２年６月　Ｊ．Ｘｉ’ａｎ　Ｕｎｉｖ．ｏｆ　Ａｒｃｈ．＆Ｔｅｃｈ．（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏ１．３４　ＮＯ．２　Ｊｕｎ．２００２　

厂房中高强混凝土框架柱轴压比限值的研究　

吴　涛　，白国良　，刘伯权　，章崇哲。　

（１．西安建筑科技大学，陕西西安７１００５５；２．长安大学，陕西西安７１００６４；　

３．西安市雁塔区城乡建设开发公司，陕西西安７１００６１）　

摘要：通过对工业厂房高强混凝土框架柱轴压比限值的分析．提出在高轴压下，确定柱受压纵筋和约束箍筋　

的计算公式．以满足对高强混凝土柱有限延性的要求（　≥３）．并给出对应于不同混凝土强度等级的柱轴压比　

的限值．　

关键词：高强混凝土；框架柱；轴压比　

中图分类号：ＴＵ３７５．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—７９３０（２００２）０２一Ｏ１４５—０３　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｌｉｍｉｔ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ａｘｉａｌ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　

０ｆ　ｈｉｇｈ—ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｒａｍｅ　ｃｏｌｕｍｎｓ　ｉｎ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｗｏｒｋｓ　

Ｔａｏ　，ＢＡＩ　Ｇｕｏ—ｌｉａｎｇ　，Ｌ　Ｂｏ—ｑｕａｎ。，ＺＨＡＮＧ　Ｃｈｏｎｇ—ｚｈｅ　

（１．Ｘｉ’ａｎ　Ｕｎｉｖ．ｏｆ　Ａｒｃｈ．＆Ｔｅｃｈ．，Ｘｉ’ａｎ　７１００５５，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｃｈａｎｇ’Ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ・Ｘｉ’ａｎ　７１　００６４．Ｃｈｉｎａ　

３．Ｙａｎｔａ　Ｕｒｂａｎ＆Ｒｕｒａｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１００６１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｌｙｓｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ｏｆ　ＨＳＣ　ｆｒａｍｅ　ｃｏｌｕｍｎｓ　ｕｎｄｅｒ　ｈｉｇｈ　ａｘｉａｌ　ｌｏａｄ　ｗａｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｔｏ　ｐｕｔ　ｕｐ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍｕｌａ　

第１９卷第２期　２０１１年６月　厦门理工学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｘｉａｍｅｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＶＤＩ．１９　Ｎｏ．２　Ｊｕｎ．２０１１　

钢筋混凝土Ｚ形柱轴压比限值的研究　

焦俊婷，叶国琛　

（厦门理工学院土木工程与建筑系，福建厦门３６１０２４）　

［摘要】对现有规程没有具体技术规定的ｚ形柱轴压比限值进行研究．基于平截面假设和异形柱轴　压比限值大小偏压界限理论法，利用简便快捷的截面高斯积分计算ｚ形柱轴压比限值，分析了荷载角、截　面尺寸、混凝土强度、配筋率等因素对ｚ形柱轴压比限值的影响．结论表明：荷栽角对ｚ形柱轴压比限值　影响明显，最不利荷栽角为１３５。和３１５。；在最不利荷载角作用下，轴压比限值随混凝土强度增加有一定提　高，轴压比限值随肢长厚比增加略有提高，纵筋配筋率变化对轴压比限值几乎没有影响．　［关键词］钢筋混凝土；Ｚ形柱；轴压比限值　［中图分类号］ＴＵ３７５　［文献标志码］Ａ　［文章编号］１００８—３８０４（２０１１）０２—００３６—０５　

异形柱（如Ｌ、十、Ｔ、ｚ形截面柱）以它在建筑平面布置灵活，可以避免柱子凸角，节省建筑　

空间等优点越来越被广泛应用和被用户欢迎．但由于异形柱截面不规则，特别是当柱的弯曲面不与柱　

边平行时，柱的轴压比限值与矩形柱显著不同．　

目前国内外对Ｌ、Ｔ和十形截面柱轴压比限值的研究较多－ｌ　］，也有相关技术规程制定　】．对　

Ｚ形柱的研究还不够深入，现有的少数文献研究了Ｚ形柱的实验、截面承载力、全过程非线性分析　

等；但对ｚ形柱轴压比限值研究的相关文献还未曾见到，我国ＪＧＪ　１４９—２００６《混凝土异形柱结构技　

术规程》、天津市《大开间住宅钢筋混凝土异形柱框轻结构技术规程》（ＤＢ２９—１６—９８）等也没有对　

ｚ形柱轴压比限值作出具体的技术规定．因此，ｚ形柱轴压比限值研究是急需尚待解决的问题．　

本文根据目前用于异形柱轴压比限值计算的大小偏压分界限理论，采用文献［５，８］中的截面　

柱截面尺寸

柱截面尺寸初选, 要同时满足最小截面、 侧移限值和轴压比等诸多因素影响。

一般可通过满 足轴压比限值惊醒截面估计。

由《 建筑 抗震规范》 (GB50011-2001第 6.3.7条和表 6.3.7知,当抗震等级为三级时,框架 柱的轴压比最大限值 [μN]为 0.9。

由《混凝土结构设计》教材第 281页(4-11和式(4-12估算框架柱的截面尺寸:

式(4-12 N =βFgEn, 其中

N— 地震作用组合下柱的轴向压力设计值;

β— 考虑地震作用组合后柱的轴向压力增大系数,边柱取 1.3,等跨内柱取 1.2;

F— 按简支状态计算的柱的负载面积。

本设计柱网尺寸大部分为 7.5m×7.5m,部分 8.4m×8.4m。

gE— 折算在单位 建筑 面积上的重力荷载代表值,可近似取 12-15KN/ m2 ;在此取

gE =12 KN/ m2 。

n— 演算截面以上楼层层数。

由式(4-11 N/(fcAc ≤[μN] 得 Ac ≥N/[μN]×fc

由《抗规》知,框架柱按二级抗震等级设计时,其混凝土强度等级不应低于

C20。在本设计 中框架梁和柱的混凝土强度等级均采用 C30。

由《 建筑 抗震设计》教材第四章第七节知矩形截面框架柱的截面尺寸宜符合以下两点要求:截面的宽度和高度均不宜小于 300mm ; 截面长边与短边的边长比不宜大于 3。

为此,对于首层选用 800mm×800mm,部分采用 900mm×900mm。

对于其他层,考虑到施工方便,柱截面不宜变化太多。通过初步估算以及 PKPM

验算,最 终确定框架的截面尺寸为:

首层 -八层:选用 800mm×800mm,部分采用 900mm×900mm。

梁截面尺寸

框架梁(主梁截面尺寸:

主梁截面高度:h =(1/10~1/12 L =(1/10~1/12 ×8400=(840~700mm, 取 h =800mm;

主梁截面宽度:b =(1/2~1/3 h =(1/2~1/3 ×800=(400~267mm, 取 b =400mm 。 次梁截面尺寸

一、定义

1、 轴压比——指柱（墙）的轴压力设计值与柱（墙）的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值。它反映了柱（墙）的受压情况。

英文名：Axial Compression Ratio

u=N/（A*fc），

u—轴压比，对非抗震地区，u=0.9

N—轴力设计值

A—截面面积

fc—混凝土轴心抗压强度设计值

二、限制最大轴压比的作用

1、《抗规》6.3框架的基本抗震措施6.3.6条文解释：限制框架柱的轴压比主要是为了保证柱的塑性变形能力和保证框架的抗倒塌能力。抗震设计时，除了预计不可进入屈服的柱外，通常希望框架柱最终为大偏心受压（本质受拉）破坏。因此控制柱子的最大轴压比是为了防止柱子小偏心受压（本质受压）而发生脆性破坏。轴压比太大，结构延性差，容易发生脆性破坏，轴压比不满足的时候，要加大柱截面，或者提高混凝土强度等级。轴压比本质上是混凝土受压强度发挥的程度。

2、利用箍筋对混凝土进行约束，可以提高混凝土的轴心抗压强度和混凝土的受压极限变形能力。但在计算柱的轴压比时，仍取无箍筋约束的混凝土的轴心抗压强度设计值，不考虑箍筋约束对混凝土轴心抗压强度的提高作用。

3、《抗规》6.4抗震墙结构的基本抗震构造措施6.4.5条条文解释：

抗震墙的塑性变形能力，除了与纵向配筋等有关外，还与截面形状、截面相对受压区高度或轴压比、墙两端的约束范围、约束范围内配箍特征值有关。当截面相对受压区高度或轴压比较小时，即使不设约束边缘构件，抗震墙也具有较好的延性和耗能能力。当截面相对受压区高度或轴压比超过一定值时，就需设较大范围的约束边缘构件，配置较多的箍筋，即使如此，抗震墙不一定具有良好的延性，因此本次修订对设置有抗震墙的各类结构提出了一、二级抗震墙在重力荷载下的轴压比限值。

对于一般抗震墙结构、部分框支抗震墙结构等的开洞抗震墙，以及核心筒和内筒中开洞的抗震墙，地震作用下连梁首先屈服破坏，然后墙肢的底部钢筋屈服、混凝土压碎。因此，规定了一、二级抗震墙的底部加强部位的轴压比超过一定值时，墙的两端及洞口两侧应设置约束边缘构件，使底部加强部位有良好的延性和耗能能力；考虑到底部加强部位以上相邻层的抗震墙，其轴压比可能仍较大，为此，将约束边缘构件向上延伸一层。其他情况，墙的两端及洞口两侧可仅设置构造边缘构件。

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卑微如蝼蚁、坚强似大象

盛年不重来，一日难再晨。及时宜自勉，岁月不待人。

框架柱的配筋和尺寸要求：

【建筑抗震规范】6.3【混凝土结构设计规范】11.4【高规】6.4

（1）：柱纵向受力钢筋的最小总配筋率应按表6.3.7-1采用，同时每一侧配筋率不应小于0.2%；对于建造在Ⅳ类场地且较高的高层建筑，最小总配筋率应增加0.1%。

（2）：表6.3.7-1 柱截面纵向钢筋的最小总配筋率（百分率）

类别 抗震等级

一 二 三 四

中柱和边柱 0.9（1.0） 0.7（0.8） 0.6（0.7） 0.5（0.6）

角柱、框支柱 1.1 0.9 0.8 0.7

注：①表中括号内数值用于框架结构的柱。

②钢筋强度标准值为400MPa时，表中数值应增加0.05；钢筋强度标准值小于400MPa时，表中数值应增加0.1。

③混凝土强度等级高于C60时，上述数值应相应增加0.1。

（3）：柱总配筋率不应大于5%。

（4）：矩形柱截面宽度和高度，四级或不超过2层时不宜小于300mm，一、二、三级且超过2层时不宜小于400mm；圆柱的直径四级或不超过2层时不宜小于350mm，一、二、三级且超过2层时不宜小于450mm。 共享知识 分享快乐

卑微如蝼蚁、坚强似大象 （5）：剪跨比宜大于2（不形成短柱）；三级轴压比限值为0.85，二级为0.75；长短边之比不宜大于3；一级框架短柱的每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%。

（6）纵筋配置原则：

满足最小（大）配筋率要求

柱纵筋间距不大于200，净间距不小于50。一般取150-200。（大于600的柱子，一侧至少配5根钢筋才能满足间距要求，先在pkpm中改看配筋是否满足，再在施工图中进行手改。）

上下层纵筋的钢筋直径等级差不超过2级。（柱子，墙等竖向钢筋采用电渣压力焊直径等级差不超过7mm，钢筋焊接及验收规程2012）

第 1 页 共 1 页 yjk 柱轴压比限值

（实用版）

目录

1.柱轴压比限值的定义和意义

2.柱轴压比限值的计算方法和标准

3.柱轴压比限值在抗震设计中的作用和应用

4.结论

正文

柱轴压比限值是指在建筑抗震设计中，柱子考虑地震作用组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比。这个限值的设定是为了保证建筑在遭受地震等自然灾害时，柱子能够承受一定的压力，从而确保建筑的安全性。

柱轴压比限值的计算方法和标准在我国的抗震设计规范中有明确规定。根据新抗震规范 6.3.7 条、高规的 6.4.2 条和混凝土规范的

11.4.16 条，柱轴压比限值的具体数值取决于建筑的抗震等级和建造场地的类别。例如，二级抗震等级的框架柱轴压比限值是 0.75，一级抗震等级的框架柱轴压比限值是 0.65。

柱轴压比限值在抗震设计中的作用主要体现在保证建筑的稳定性和安全性。在地震作用下，柱子承受的压力会增大，如果超过了柱子的承载能力，就会导致建筑的破坏甚至倒塌。因此，通过设定柱轴压比限值，可以有效地避免这种情况的发生，从而保障建筑的安全。

总之，柱轴压比限值是建筑抗震设计中一个非常重要的参数，它的设定可以有效地保证建筑在地震等自然灾害下的安全性和稳定性。

高层建筑框架柱轴压比限值的讨论

李向民;陈宗梁

【期刊名称】《结构工程师》

【年(卷),期】1999(000)001

【摘 要】本文从框架柱大小偏心受压破坏角度出发，阐述了规定雷同压比限值对保证压弯构件延性的必要性，并根据国内外学者的研究成果，就普通混凝土柱、高强混凝土柱、劲性混凝土柱各自轴压比的定久式及其限值进行了分析与比较，从概念上说明了以上各限值的大小关系。介绍了性骨架高强混凝土压弯柱的低压力试验研究结果，结合试验结果 其轴压比和轴力比限值的建议。

【总页数】4页(P1-4)

【作 者】李向民;陈宗梁

【作者单位】同济大学;华东建筑设计研究院

【正文语种】中 文

【中图分类】TU973.15

【相关文献】

1.高层建筑中结构柱轴压比限值的讨论 [J], 赵辉

2.高层建筑结构柱轴压比限值的讨论 [J], 关宏洁;田晶;王瑜

3.RC巨型框架结构中框架柱轴压比限值分析 [J], 古川;李进;李青宁

4.高层建筑框架柱轴压比限值研究 [J], 傅鹏斌;聂堃

5.关于地震区框架柱轴压比限值的讨论 [J], 许淑芳;姜维山 因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买

第 1 页 共 1 页 转换柱轴压比限值

【原创版】

目录

1.柱轴压比限值的定义和意义

2.柱轴压比限值的计算方法和规定

3.柱轴压比限值在不同抗震等级和房屋高度下的具体数值

4.柱轴压比限值的应用和实际意义

正文

柱轴压比限值是指在建筑结构设计中，柱子考虑地震作用组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比。这个限值的设定是为了保证建筑结构在地震发生时能够具有良好的抗震性能，避免柱子在地震中发生破坏。

柱轴压比限值的计算方法和规定可以在新抗震规范 6.3.7 条、高规的 6.4.2 条和混凝土规范的 11.4.16 条中找到。根据这些规定，建造于

IV 类场地且较高的高层建筑柱轴压比限值应适当降低。

对于框架结构中的框架柱，其柱轴压比限值需要根据房屋的高度来确定。当房屋高度小于 24m 时，其抗震等级为二级；当房屋高度大于 24m 时，其抗震等级为一级。在二级抗震等级下，框架柱的轴压比限值为 0.75；在一级抗震等级下，框架柱的轴压比限值为 0.65。这些具体数值可以在抗震设计规范 gb50011-2010 中找到。

总之，柱轴压比限值是建筑结构设计中一个重要的参数，它能够保证建筑结构在地震发生时具有良好的抗震性能。

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柱子轴压比超限怎么办？ [优良文档首发]

轴压比是结构设计中另一个特别关怀的参数。这里的轴指的是柱子的轴力，压指的是柱子的混凝土的抗压强度，轴压比的计算公式为N/(fc·b·h0)，这里N是柱子的轴力，fc指的是柱子的混凝土的抗压强度，b和h0分别为截面的宽度和高度。跟着柱子的轴压比增添，柱子的延性变差。

为保证结构的延性，抗震规范中关于轴压比有明确的限值， 以下表所示。

假如抗震验算中，轴压比超出限值怎么办？能够考虑以下方法：

（1）加大柱子截面面积

由轴压比的计算公式能够看出，加大截面高度和宽度，即截面面积，轴压比能够降低。关于多层框架结构，能够经过增添截面面积的方法来减小轴

压比。可是，关于高层建筑结构，房子高度大、层数多、柱距大，单柱轴向力很大，增大截面面积会增添自重和资料耗费，并且阻碍建筑功能。

（2）采纳高强度混凝土

由轴压比的计算公式知，增添混凝土的强度fc，轴压比能够降低。与采纳C40的框架柱对比，采纳C60~C80的高强混凝土，能够减小柱截面面积30%左右。目前，C60混凝土已经宽泛采纳，并获得了优秀的经济效益。

（3）采纳型钢混凝土

型钢混凝土柱截面含钢面积 5%~10%，可使柱截面面积减小 30%~40%,由

于型钢骨架对钢结构的制作、安装能力要求较高，所以，目前许多用在高层

建筑的基层部位柱，转投层以下的支柱；也有少量工程所有采纳型钢混凝土

梁和柱。 精选文档

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（4）采纳钢管混凝土

钢管混凝土可使柱混凝土处于有效侧向拘束下， 形成三向应力状态，因

而延性很大，承载力提升好多。钢管的壁厚一般为柱直径的 1/100~1/70。钢

管混凝土柱如采纳高强混凝土浇筑，能够使柱截面减小至原截面面积的 50%

左右。但目前某些钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点结构较难知足 8度设

防的抗震，设计时应重视。

需要注意的是，关于型钢混凝土柱轴压比计算公式为 N/(fc A+faAa）.

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精选文档 1、轴压比：主要为控制结构的延性，规范对墙肢和柱均有相应限值要求，见抗规6.3.6和6.4.2，6.4.5，在剪力墙的轴压比计算中，轴力取重力荷载代表设计值，与柱子的不一样。

2、剪重比：主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性，见抗规5.2.5。

3、侧向刚度比：主要为控制结构竖向规则性，高规。3.5.2。

位移比：主要为控制结构平面规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响。控制比例为1.5。见抗规3.4.2、3.4.4。

4、周期比：主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响，要求见高规3.4.5。

5、刚重比：主要为控制结构的稳定性，以免结构产生滑移和倾覆，要求见高规5.4.4。

6、剪跨比： 梁的剪跨比，剪力的位置a与h0的比值。剪跨比影响了剪应力和正应力之间的相对关系，因此也决定了主应力的大小和方向，也影响着梁的斜截面受剪承载力和破坏的方式；同时 也反映在受剪承载力的公式上。柱的剪跨比： ，若反弯点在柱子层高范围内，可取 柱子的剪跨比小于2时，需要全长加密，见混凝土规范11.4.12、11.4.6。

7、剪压比（梁柱截面上的名义剪应力V/bh0与混凝土轴心抗压强度设计值的比值）：梁塑性铰区的截面剪压比对梁的延性、耗能能力及保持梁的强度、刚度有明显的影响，当剪压比大于0.15的时候，梁的强可修改可编辑

精选文档 度和刚度有明显的退化现象，此时再增加箍筋用量，也不能发挥作用，因此对梁柱的截面尺寸有所要求。可修改可编辑

精选文档 8、轴压比：轴压比是指有地震作用组合的柱组合轴压力设计值与柱的全截面面积和砼轴心受压抗压强度设计值乘积的比值，是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一。轴压比限值的依据是理论分析和试验研究并参照国外的类似条件确定的，其基准值是对称配筋柱大小偏心受压状态的轴压比分界值。

9、跨高比：梁的跨高比（梁的净跨与梁截面高度的比值）对梁的抗震性能有明显的影响。梁（非剪力墙的连梁）的跨高比小于5和深梁都按照深受弯构件进行计算的。

５６　四川建筑科学研究　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　第３　卷第６期　２００６年ｌ２月　

异形柱框架体系设计轴压比限值研究　

詹凤程，王　民　

（西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌７１２１００）　

摘要：从异形柱大、小偏心受压界限破坏条件出发，导出了钢筋混凝土异形柱轴压比限值的计算公式，分析了等刚度矩形截　

面柱轴压比限值存在的问题，并对异形柱轴压比设计值提出了建议。　

关键词：异形柱；轴压比；轴压比限值；标准值；设计值；翼缘　中图分类号：ＴＵ３７５．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—１９３３（２００６）０６—００５６—０３　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｉｍｉｔ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ａｘｉａｌ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｉｎ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　

ｓｙｓｔｅｍｓ　ｗｉｔｈ　ｓｐｅｃｉａｌ－ｓｈａｐｅｄ　ｃｏｌｕｍｎ　

ＺＨＡＮ　Ｆｅｎｇｃｈｅｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｍｉｎ　

（Ｎｏ￣ｈｗｅｓｔ　Ａ＆Ｆ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ　７　１　２　１００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｉｍｉｔ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｒｉｖｅｓ　ｆｏｒｍｕｌａｓ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｌｉｍｉｔ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　

ａｘｉａｌ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｓｐｅｃｉａｌ—ｓｈａｐｅｄ　ｃｏｌｕｍｎｓ．Ｉｔ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｉｍｉｔ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ａｘｉａｌ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｑｕａｌ　ｒｉｇｉｄ　ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ　ｓｅｃｔｉｏｎ．Ａｎｄ　ｔｈｉｓ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ａｘｉａｌ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　

二级框架柱结构规定

一、 截面尺寸

1、柱截面尺寸宜符合下列规定：（《高规》第6.4.1条）

（1）、矩形截面柱边长，抗震设计时不宜小于300mm；圆柱截面直径不宜小于350mm；

（2）、柱剪跨比宜大于2

（3）、柱截面高宽比不宜大于3。

2、框支柱截面宽度，抗震设计时不应小于450mm；柱截面高度，抗震设计时不宜小于框支梁跨度1/12。（《高规》第10.2.12条）

二、 材料

1、框支柱混凝土强度等级不应低于C30。（《抗规》第3.9.2条《高规》第10.1.6条）

2、二级框架柱中纵向钢筋采用一般钢筋时，应符合下列规定: （《抗规》第3.9.2条）

（1）、钢筋抗拉强度实测值和屈服强度实测值比值不应小于1.25；

（2）、钢筋屈服强度实测值和钢筋强度标准值比值不应大于1.30。

3、现浇钢筋混凝土框架柱纵向受力钢筋连接方法，应符合下列规定：（《高规》第6..5.1条）

（1）、二级抗震等级框架柱纵向受力钢筋，宜采用机械连接接头，也可采用绑扎搭接或焊接接头。

（2）、框支柱纵向受力钢筋，宜采用机械连接接头。

（3）、当接头位置无法避开柱端箍筋加密区时，宜采用机械连接接头，且钢筋接头面积百分率不应超过50％。

（4）、受拉钢筋直径大于28mm、受压钢筋直径大于32mm时，不宜采用绑扎搭接接头。 （5）、在同一连接区段内受拉钢筋接头面积百分率不宜超过50％。

三、 轴压比

1、抗震设计时，钢筋混凝土柱轴压比应符合下列规定：（《高规》第6.4.2条）

（1）、轴压比指柱考虑地震作用组合轴压力设计值和柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积比值。

（2）、通常框架柱轴压比不宜超过以下值：0.80（框架结构）、0.85（板柱-剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框架-关键筒结构、筒中筒结构）。

（3）、部分框支剪力墙结构中框支柱轴压比不宜超过0.70。

（4）、抗震设计框架-剪力墙结构，在基础振型地震作用下，框架部分承受地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩50％时，其框架部分抗震等级应按框架结构采用，柱轴压比限值宜按框架结构规定采用。（《高规》第8.1.3条）

轴压比、剪跨比和剪压比的深入分析

剪跨比

《混凝土结构设计规范GB50010-2010[2015修订]》

第2.1.22规定：剪跨比（ratioofshearspanto

effectivedepth）为截面弯矩与剪力和有效高度乘积的比

值.

狭义定义：a/h0

广义定义：M/(Vh0)

剪跨比实质上是截面上正应力σ与剪应力τ的比值关系,

正应力σ与剪应力τ决定了主应力的大小和方向,所以必然对

斜截面的抗剪性能和破坏形态起着重要影响.

更深一层：主应力与剪切应力之比,延伸至延性与脆性.

简支梁上集中荷载作用点到支座边缘的最小距离a（a称

剪跨）与截面有效高度h0之比,以λ=a/h0表示.

在其它因素相同时,剪跨比越大,抗剪能力越小.当剪跨比

大于3时,抗剪能力基本不再变化.

斜压破坏和斜拉破坏都属于突然的脆性破坏,结构设计时

要尽量避免.

试验表明：长柱一般发生弯曲破坏；短柱

多数发生剪切破坏；极短柱发生剪切斜拉破坏,这种破坏属于

脆性破坏.抗震设计的框架结构柱,柱端剪力一般较大,从而剪

跨比λ较小,易形成短柱或极短柱,产生斜裂缝导致剪切破坏.

柱的剪切受拉和剪切斜拉破坏属于脆性破坏,在设计中应特别

注意避免发生这类破坏.

所以不管砼规范、抗规还是高规等都规定抗震设计时柱

的剪跨比宜大于2,对于剪跨比小于2的框架柱有更严格的

抗震构造要求.

轴压比

《混凝土结构设计规范GB50010-2010[2015修订]》

第11.4.16条规定：柱轴压比指地震作用下柱组合的轴向压

力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积

之比值；即：

μ=N/(fcA)

《混凝土结构设计规范GB50010-2010[2015修订]》

第11.7.16条规定：剪力墙肢轴压比指在重力荷载代表值作用下墙的轴压力设计值与墙的全截面面积和混凝土轴心抗压

强度设计值乘积的比值.

墙采用的是“名义”轴压比,并未考虑地震组合.为啥

呢？有专家说,地震作用下,剪力墙部分受拉部分受压,拉压平

衡,所以剪力墙轴压比不考虑地震作用.也有专家曾批判过规

结构大师问与答(一)

提问：罗总，请教一个问题：嵌岩桩，桩竖向承载力由桩身受压控制，请

问试桩荷载一般如何取？罗总：具体静载压力取值根据桩身控制承载力及按端阻力和摩阻力确定

的承载力的大小比例关系确定。提问：罗总，广东高规是降为推荐性标准了吗？

罗总：我对目前规范标准体系建设的新要求不是很清楚，但我了解到最

近批出的几本广东省标准均取消了强制性条文，定为推荐性标准。广东

高规为2013年版本，当时规程里的强制性条文均同国家高规，其余均

为推荐性条文。提问：罗总:请问主要功能房间（电影院）突出大屋面，突出面积约占大

屋面20%。大屋面高度23.150，突出部分总高度26.550。抗震等级如

何确定？要按照高规执行否？罗总：房屋高度指地面到主要屋面板高度，我个人理解突出20%可不计

入房屋高度，可按非高层设计。

提问：快乐的生活提问：王总您好，我是做工业项目的，碰到一个四层

框架厂房，四层处有一个三百吨料斗，八度区，三级抗震，按抗震第八

章长细比是100，我们一般按这个控制！现在甲方自己的基建嫌用钢太

大，建议按附录H多层厂房的长细比控制，是否可以？楼面没有打水平

撑，就是普通主次梁结构。王总：可以按附录H2，但轴压比大于0.2并无油水，另外结构计算不

能按刚性楼面。

提问：孙总，某高层钢结构办公楼建筑防火等级为一级，设计防火涂料

按规范选用厚涂型防火涂料，可是甲方及施工方为了节约成本加快工期，

选用市面的薄涂型或超薄型防火涂料，此类涂料也有相关部门的合格证书和满足耐火时限实验数据及认证文件，对于设计方能否默认或是有更

好建议？企盼回复，谢谢孙总：设计文件中应该注明结构的设计耐火等级，构件设计耐火极限、

需要的防火保护措施及其防火保护材料的性能要求。性能要求提清楚就

行，一般不要求具体涂料～提问：孙总，您好！想跟您请教两个问题。1,钢梁上起钢柱的柱脚节点

应该怎么设计？如H型钢梁起箱型柱。2,梁柱刚接，钢柱两边钢梁顶标

高不一致时，要保证每根钢梁在翼缘对应处均有加劲板，下图红圈处应