5 截面设计

5.1 异形柱正截面承载力计算

5.1.1

通过对28个L形、T形、十字形柱在轴力与双向弯矩共同作用下的试验研究，结果表明：从加载至破坏的全过程，截面平均应变保持平面的假定仍然成立。混凝土受压应力—应变曲线、极限压应变 $\inline \varepsilon _{su}$ 及纵向受拉钢筋极限拉应变 $\inline \varepsilon _{su}$ 的取用，均与现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010一致。

5.1.2、5.1.3

采用数值积分方法编制的电算程序，对28个L形、T形、十字形截面双向偏心受压柱正截面承载力进行计算，结果表明：试验值与计算值之比的平均值为1.198，变异系数为O.087，彼此吻合较好。又通过对5个矩形截面双向偏心受拉试件承载力及矩形截面偏心受压构件M～N相关曲线的核算，均有很好的一致性。表明所提出的计算方法正确可行。

由于荷载作用位置的不定性，混凝土质量的不均匀性以及施工的偏差，可能产生附加偏心距 $\inline e_{\alpha }$ 。本规程 $\inline e_{\alpha }$ 的取值基本与现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010第7.3.3条中‖的取值相协调。

5.1.4

试验研究及理论分析表明，在截面、混凝土的强度等级以及配筋已定的条件下，柱的长细比 $\inline l_{0}/r_{\alpha }$ 、相对偏心距 $\inline e_{0}/r_{\alpha }$ 和弯矩作用方向角 $\inline \alpha$ 是影响异形截面双向偏心受压柱承载力及侧向挠度的主要因素。为此，针对实际工程中常见的等肢L形、T形、十字形柱，以两端铰接的基本长柱作为计算模型，对各种不同情况的350根L形、T形、十字形截面双向偏心受压长柱(变化10种弯矩作用方向角，5种长细比 $\inline l_{0}/r_{\alpha }$ ＝17.5～90.07，5种相对偏心距 $\inline e_{0}/r_{\alpha }$ ＝0.346～2.425)进行了非线性全过程分析，得到了等肢异形柱承载力及侧向挠度的规律。电算分析表明：对于同一截面柱在相同的弯矩作用方向角下，异形柱的正截面承载能力及侧向挠度随计算长度 $\inline l_{0}$ 及偏心距 $\inline e_{0}$ 的变化而变化；在相同 $\inline l_{0}$ 及 $\inline e_{0}$ 情况下，由于各弯矩作用方向角截面的受力特性及回转半径的差异，承载力及侧向挠度迥然不同。经分析：沿偏心方向的偏心距增大系数 $\inline \eta _{0}=1+e_{0}/f_{\alpha }$ 主要与 $\inline l_{0}/r_{\alpha }$ 及 $\inline e_{0}/r_{\alpha }$ 有关，根据350个数据拟合回归得到偏心距增大系数η_α的计算公式(5.1.4-1)、(5.1.4-2)、(5.1.4-3)，其相关系数 $\inline \gamma$ ＝0.905。
按公式(5.1.4-1)、(5.1.4-2)、(5.1.4-3)计算的偏心距增大系数 $\inline \eta _{\alpha }$ 与350个等肢异形柱电算 $\inline \eta_{\alpha }^{, }$ 之比，其平均值为1.013，均方差为0.045；与38个不等肢异形柱电算 $\inline \eta_{\alpha }^{, }$ 之比，其平均值为1.014，均方差为0.025。因此式(5.1.4-1)、 (5.1.4-2)、(5.1.4-3)也适用于一般不等肢异形柱(指短肢不小于500mm，长肢不大于800mm，肢厚小于300mm的异形柱)。
当 $\inline l_{0}/\gamma _{\alpha }$ ＞17.5时，应考虑侧向挠度的影响。当 $\inline l_{0}/\gamma _{\alpha }$ ≤17.5时，构件截面中由二阶效应引起的附加弯矩平均不会超过截面一阶弯矩的4.2％，满足现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的要求。但当 $\inline l_{0}/\gamma _{\alpha }$ ＞70时，属于细长柱，破坏时接近弹性失稳，本规程不适用。

5.1.5

框架柱节点上、下端弯矩设计值的增大系数，参照了现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010第11.4.2条的有关规定，但二级抗震等级时，异形截面框架柱柱端弯矩增大系数则由1.2调整为1.3，以提高框架强柱弱梁机制的程度。

5.1.6

为了推迟异形柱框架结构底层柱下端截面塑性铰的出现，设计中对此部位柱的弯矩设计值应乘以增大系数，以增大其正截面承载力。考虑到异形柱较薄弱，其增大系数大于现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010第11.4.3条的规定值。

5.1.7

考虑到异形柱框架结构的角柱为薄弱部位，扭转效应对其内力影响较大，且受力复杂，因此规定对角柱的弯矩设计值按本规程第5.1.5条和5.1.6条调整后的弯矩设计值再乘以不小于1.1的增大系数，以增大其正截面承载力，推迟塑性铰的出现。

5.1.8

承载力抗震调整系数按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010第11.1.6条规定采用。