6.2 异形柱结构

6.2.1

试验表明，异形柱在单调荷载特别在低周反复荷载作用下粘结破坏较矩形柱严重。对柱的剪跨比不应小于1.5的要求，是为了避免出现极短柱，减小地震作用下发生脆性粘结破坏的危险性。为设计方便，当反弯点位于层高范围内时，本规定可表述为柱的净高与柱肢截面高度之比不宜小于4，抗震设计时不应小于3。

6.2.2、6.2.9

研究分析表明：对于L形、T形及十字形截面双向压弯柱，截面曲率延性比不仅与轴压比、配箍特征值有关，而且弯矩作用方向角。有极重要的影响，因为在相同轴压比及配筋条件下，角不同，混凝土受压区图形及高度差异很大，致使截面曲率延性相差甚多。另外，控制箍筋间距与纵筋直径之比不要太大，推迟纵筋压曲也是保证异形柱截面延性需求的重要因素。因此，针对各截面在不同轴压比情况时最不利弯矩作用方向角区域，进行了12960根L形、T形、十字形截面双向压弯柱截面曲率延性比的电算分析，并拟合得到了L形、T形、十字形截面柱的计算公式。电算分析所用的参数为：

常用的15种等肢截面(肢长500～800mm，肢厚200～250mm)；箍筋(HPB235)直径＝6、8、10mm，箍筋间距＝70～150mm；纵筋(HRB335)直径＝16～25mm；混凝土强度等级C30～C50；箍筋间距与纵筋直径之比＝4～7。若抗震等级为二、三、四级框架柱的截面曲率延性比分别取9～10、7～8、5～6，则根据不同的，，可由拟合的公式反算出相应的轴压比，据此提出异形柱在不同轴压比时柱端加密区对箍筋最小配箍特征值的要求，以保证异形柱在不利弯矩作用方向角域时也具有足够的延性。异形柱柱端加密区的最小配箍特征值如表6.2.9所示，与矩形柱的最小配箍特征值有着较大的差异。

考虑到实际施工的可操作性，体积配箍率不宜大于2％，通过核算对L形、T形、十字形柱配箍特征值的上限值可分别取为0.2、0.21、0.22，则可得到各抗震等级下异形柱的轴压比限值，如表6.2.2所示。研究表明，若不等肢异形柱肢长变化范围是500～800mm，则各抗震等级下不等肢异形柱的轴压比限值仍可按表6.2.2采用。

6.2.3

对L形、T形、十字形截面双向偏心受压柱截面上的应变及应力分析表明：在不同弯矩作用方向角。时，截面任一端部的钢筋均可能受力最大，为适应弯矩作用方向角的任意性，纵向受力钢筋宜采用相同直径；当轴压比较大，受压破坏时(承载力由＝O.0033控制)，在诸多弯矩作用方向角情形，内折角处钢筋的压应变可达到甚至超过屈服应变，受力也很大。同时还考虑此处应力集中的不利影响，所以内折角处也应设置相同直径的受力钢筋。

异形柱肢厚有限，当纵向受力钢筋直径太大(大于25mm)，会造成粘结强度不足及节点核心区钢筋设置的困难。当纵向受力钢筋直径太小时(小于14mm)，在相同的箍筋间距下，由于增大，使柱延性下降，故也不宜采用。

6.2.4

参照现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010第10.3.1条规定给出。

6.2.5

异形柱纵向受力钢筋最小总配筋率的规定，是根据现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010第11.4条和第9.5.1条的规定并考虑异形柱的特点做了一些调整。

柱肢肢端的配筋百分率按异形柱全截面面积计算。

6.2.6

异形柱肢厚有限，柱中纵向受力钢筋的粘结强度较差，因此将纵向受力钢筋的总配筋率由对矩形柱不大于5％降为不应大于4％(非抗震设计)和3％(抗震设计)，以减少粘结破坏和节点处钢筋设置的困难。

6.2.10

异形柱柱端箍筋加密区的箍筋应根据受剪承载力计算，同时满足体积配箍率条件和构造要求确定。

研究表明，箍筋间距与纵筋直径之比，是异形柱纵向受压钢筋压曲的直接影响因素，大，会加速受压纵筋的压曲；反之，则可延缓纵筋的压曲，从而提高异形柱截面的延性。因此为了保证异形柱的延性，根据对各抗震等级下最大轴压比时近6000根异形柱纵筋压曲情况的分析，当其箍筋加密区的构造要求符合表6.2.10的要求时，纵筋压曲柱的百分比可降到5％以下。

对箍筋合理配置的研究中发现，当体积配箍率相同时，采用较小的箍筋直径和箍筋间距比采用较大的箍筋直径和箍筋间距的延性好；只增大箍筋直径来提高体积配箍率而不减小箍筋间距并不一定能提高异形柱的延性，只有在箍筋间距对受压纵筋支撑长度达到一定要求时，增大体积配箍率，才能达到提高延性的目的。