柱轴压比及其限值存在的分歧

发布于：2023-09-15 15:12:15 来自：建筑结构/结构资料库 [复制转发]

对不同时期《建筑抗震设计规范》以及其他国家和部分地方标准中轴压比相关规定进行了总结，可以看出：

1) 从“89抗规”开始给出了框架柱轴压比限值相关规定，并在“01抗规”和“10抗规”中逐渐丰富了相关内容；

2) “01抗规”相比“89抗规”增加了框架-剪力墙结构中框架柱的轴压比限值，并因其二道防线的次要作用相比框架结构的柱轴压比有所放松，同时给出了轴压比限值与箍筋的关系；“10抗规”相比“01抗规”增加了抗震等级四的柱轴压比限值，并对框架结构中的柱和框架-剪力墙结构中抗震等级三的柱轴压比限值增加0.05，进行了从严控制；“10抗规”中，轴压比已成为一个基本概念，体现在众多规范条文中，除了柱、墙肢、边缘构件轴压比相关限值外，还会影响箍筋配置、长细比等相关规定；

3) 《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010、上海市工程建设规范《建筑抗震设计规程》DGJ08-9-2013以及广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规程》DBJ 15-92-2013中轴压比相关规定与《建筑抗震设计规范》GB50011-2010保持一致；广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规程》DBJ/T 15-92-2021中的轴压比只考虑重力荷载代表值作用，不考虑地震作用组合，且对轴压比限值有所放宽。

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010的6.3.6条文说明

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，除了预计不可能进入屈服的柱外，通常希望框架柱最终为大偏心受压破坏。由于轴压比直接影响柱的截面设计，2001规范仍以89规范的限值为依据，根据不同情况进行适当调整，同时控制轴压比最大值。在框架-抗震墙、板柱-抗震墙及筒体结构中，框架属于第二道防线，其中框架的柱与框架结构的柱相比，其重要性相对较低，为此可以适当增大轴压比限值。本次修订，将框架结构的轴压比限值减小了0.05，框架-抗震墙、板柱-抗震墙及筒体中三级框架的柱的轴压比限值也减小了0.05，增加了四级框架的柱的轴压比限值。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。

广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规程》DBJ/T 15-92-2021的6.4.2条文说明

轴压比不是构件安全度的表达。相同的轴压比，细长柱的安全度可能要低很多；而对于大偏压柱，轴力大，即轴压比大的，安全度反而大。可通过构件承载力设计保证构件的安全度。美国规范就没有轴压比的限制。一般而言，结构布置确定，层高确定，柱轴力确定，则轴压比越严格，柱截面越大，如果成为短柱，延性反而不好。要使柱破坏时有一定的延性，可设法提高混凝土的极限压应变，采用密距螺旋箍、复合箍、提高柱的体积配箍率等等都是有效的途径，而不是轴压比越严越好。限制柱轴压比的初衷是为了使柱发生大偏压破坏，其实并不切合实际。首先，轴压比再小，也不能保证混凝土柱发生大偏压破坏，因为是否发生大偏压破坏与柱的实际受力相关，也和柱的截面形式、配筋等因素相关。比如结构中的重力柱，弯矩很小，轴力很大，偏心距很小，即使满足轴压比要求，也不可能发生延性较好的大偏心受压破坏，破坏应始于混凝土的压溃。其次，矩形截面混凝土柱大小偏压的界限轴压比是0.5左右，远小于允许的轴压比。轴压比可作为竖向荷载作用下的混凝土允许压应力的表达。日本的做法是：长期荷载作用下（也即重力荷载作用下）混凝土的允许压应力是其抗压强度标准值的1/3，大致相当于本规程定义的轴压比0.33×1.3×1.4=0.6；短期荷载作用下（重力荷载和地震作用组合）混凝土的允许压应力是其抗压强度标准值的2/3，大致相当于《抗规》或《高规》定义的轴压比0.67×1.3×1.4=1.22。参考日本的做法，将轴压比视为重力荷载作用下混凝土的允许压应力比更合适。这也和剪力墙轴压比的定义一致。仅考虑竖向荷载作用下的轴力还可避免长期荷载作用下框架边柱的压应力小、中柱压应力大而引起的变形差。高烈度区柱的轴压比限值严格一些，使其塑性内力重分布的能力更强一些。根据《高层建筑钢-混凝土混合结构技术规程》DBJ/T15-128的相关条文解释及实际工程应用，提高型钢混凝土柱的轴压比限值，并明确仅考虑型钢的承压作用时的含钢率可以降低。

控制柱轴压比行业分歧总结

通过《建筑抗震设计规范》GB50011-2010及广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规程》DBJ/T 15-92-2021中轴压比相关条文说明，可以看出对于柱轴压比及其限值存在如下行业分歧：

(1) 是否需要控制柱轴压比

美国规范不控制轴压比；日本规范间接控制轴压比；中国规范直接控制轴压比。

(2) 柱轴压比如何定义

日本规范通过短期、长期荷载作用下混凝土的允许压应力比分别间接控制有无地震作用的柱轴压比；广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规程》DBJ/T 15-92-2021直接控制重力荷载代表值作用下的轴压比；《建筑抗震设计规范》GB50011-2010控制考虑地震作用组合的轴压比。

(3) 柱轴压比限值

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中规定的轴压比限值希望框架柱最终为大偏心受压破坏，相对GB50011-2001中的限值从严0.05；广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规程》DBJ/T 15-92-2021中规定的重力荷载代表值作用下柱轴压比限值与《建筑抗震设计规范》GB50011-2001中考虑地震作用组合的柱轴压比限值一致。

压比