使用PKPM软件计算异形柱结构的注意事项

第26卷第4期2010年8月

结构工程师Str uctural Eng i n eers

V o. l 26, N o . 4A ug . 2010

使用PKP M 软件计算异形柱结构的注意事项

王依群曹茹

(天津大学建筑工程学院暨港口与海洋工程教育部重点实验室, 天津300072)

摘要国家行业标准5混凝土异形柱结构技术规程6(JGJ 149) 2006) 颁布实施以来, 全国建设异形柱结构的数目逐年增加。相对于矩形柱结构来讲, 异形柱结构仍处于少数, 所以, 多数设计单位采用的设计软件PKP M-SATWE 关于异形柱结构设计计算功能还远不如矩形柱结构的相关功能完善, 设计人员对

用该软件设计异形柱结构也有不熟悉的地方, 甚至出现用混凝土规范对矩形柱的规定设计异形柱, 造成异形柱结构的安全度降低。针对此, 介绍了使用P KP M 软件设计异形柱结构要注意的事项, 特别是目前软件与规程要求不一致的地方。

关键词钢筋混凝土, 异形柱, PKP M, 设计, 软件

Key Iss ues i n Desi gn of Structures w ith Speci ally Shaped Col u mns by Using PKP M Soft ware

WANG Y i q un C AO Ru

(Schoo l of C iv il Eng ineer i ng, T ian ji n U niversity , T ian ji n 300072, China)

Abst ract S i n ce the Techn ica l spec ifaction for concrete structures w ith specially shaped co l u m ns w as issued , t h e number of this k i n d of structures has been increac i n g year by year . Bu, t co mpared w ith struct u res w ith rectangle co l u m ns , the number of structures w ith specia lly shaped columns is i n the m i n ority . So , so m e desi g ners are no t fa m iliar w ith the later as sa m e as the f o r m er , the sa m e situation w as occurred in the

calcu l a ti o n functi o n o fPKP M desi g n so ft w are . Fo r exa m ple , so m e aspects of the structures w ith spec i a ll y shaped co l u m ns desi g ned by the desi g ners using PKP M soft w are w ere accordance w ith the spec ifaction for struct u res w it h rectangle coul m ns , it poses a threat to t h e safety o f the struct u res . Fro m th is po i n t o f v ie w , so m e key issues i n the desi g n of th is kind of structures by usi n g PKP M soft w are are d iscussed , particu larly about the d ifference bet w een the soft w are and the spec ifaction.

K eywords re i n f o rced concrete , specially shaped co l u m n , PKP M, desi g n , soft w are

能相对齐全的大型设计软件, 在建筑行业应用较

1 引言

异形柱结构由于其室内不露柱角, 受到住户的欢迎, 但经研究其在静载作用下及抗震性能均不及矩形柱结构

[1, 2]

广泛。虽然5异形柱规程6已颁布实施3年, PKP M 软件仍有部分功能还与5异形柱规程6的规定不一致。另外, 设计人员使用PKP M 设计异形

柱结构时须注意合理选择计算参数, 不能完全照搬矩形柱结构设计的参数, 否则会影响计算结果的正确性, 降低异形柱结构的安全度。为此, 本文简要介绍使用P KP M 设计异形柱结构要注意的问题, 并介绍较全面实施5异形柱规程6规定的CRSC 软件的相关功能, 为设计计算提供了另一

。对此, 国家行业标准5混凝

土异形柱结构技术规程6(J G J 149) 2006) (以下简称5异形柱规程6) 对异形柱的设计作了较严格的规定。

PKP M 软件是中国建筑科学研究院开发的功

收稿日期:2009-12-07l yqw j hot m l co m

S truct u ra lEng i n eers Vo. l 26, No . 4软件选择。

CRSC 软件

[3-6]

#8#

S t u dy o fDesi g n M ethod

使用类型6定义的异形柱截面, P MCAD 程序将平面布置的定位点设在异形截面竖向肢的形心。这种设置一般与工程轴线不相符, 需要用户输入柱截面的沿轴偏心、偏轴偏心值进行调整, 见图3。

是5异形柱规程6编制组主要

成员开发的混凝土柱及框架节点配筋软件, 它通过读取PKP M-SAT WE 生成并经计算输出的结构几何、内力数据, 按现行规范和5异形柱规程6进行配筋计算并输出考虑了构造要求的实配钢筋的软件。

2 异形截面柱的输入和布置

P MCAD 软件提供了多种截面形状(称类型) 供输入异形柱截面时选择, 如类型2、类型5、类型6、类型19、类型20, 见图1

。

图3 设置柱偏心的对话框

F i g . 3 D ialog fo r setting eccentric ity of a co l u m n

由于异形柱设计在PKP M 中涉及位移、内力计算、绘图等多方面, PKP M 在有些方面对于转角参数的适应性较差, 常造成某些方面的不稳定。因此, 建议对于同一尺寸的截面柱, 多设

置几种输入的截面, 每种输入截面的转角参数为0是最可靠的。

[7]

3 异形柱结构的计算参数设置

图1 P M C A D 提供的截面类型F i g . 1 K i nds o f cross section i n P M CAD

3. 1 结构体系

PKP M 软件从2008年在结构体系选项中增

加了/异形柱框架结构0和/异形柱框剪结构0两种结构体系, 如图4所示。只有将结构体系设置成异形柱框架结构或异形柱框剪结构, SAT W E 才执行5异形柱规程6中的内力调整、构造要求等部分相关规定, 但不是所有的主要规定。

因各截面类型在结构平面中的定位点不同, 致使后续的

SAT WE 软件算出的内力和配筋有些差别。L, T 和十字形截面均可用类型6(十字形) 来输入, 由图2可见, 令十字形截面一个方向的肢凸出的长度为零, 即可得到T 形截面, 两个方向肢的凸出长度为零则可得到L 形截面。L , T 形截面也可分别用类型19、类型20输入。

图2 L, T 和十字形截面可用类型6定义. to 图4 SAT W E 软件结构体系选项

ig S n E w

#设计方法研究#

目前,

SATWE 还没执行5异形柱规程6的主

#9#

结构工程师第26卷第4期

垂直于弯矩作用方向角A 的形心轴的回转半径。SAT WE 软件一直未对此点实施检验。建议读者还是用CRSC 软件进行异形柱的配筋, 以保证安全。

3. 4 柱配筋计算原则

对于异形柱, PKP M 软件总是按双偏压计算, 不论用户是否选了图5中的/按双偏压计算0, 这是符合5异形柱规程6要求的。

规程对角柱的内力调整系数和构造措施有专门规定, 使用软件计算时不要忘记人工定义角柱, 并使用图形查看功能确认。3. 5 附加地震作用方向

5异形柱规程64. 2. 4-1条规定:/一般情况下, 应允许在结构两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算, 各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担, 7度(0. 15g ) 及8度(0. 20g) 时尚应对与主轴成45b 方向进行补充验算。0对一般矩形或接近矩形平面的结构须在/斜交抗侧力构件方向附加地震数0参数中输入/450(图6); 当结构平面是有非90b 折角的平面, 且该折角与0b 及90b 夹角均不小于15b 时, 还应在此参数中输入该角度。SAT W E 将分别计算和输出关于0b , 90b , 45b , 135b (与45b 正交的角度) 及另外输入角度及与其正交角度的地震作用产生的内力, 并输出这几个方向地震作用产生的位移最大值。

要规定包括本文下面讲到的异形柱细长比限值、抗震构造措施与抗震验算抗震等级不相同时对前者要求的执行、异形柱截面肢端最小配筋率、异形柱加密区最小配箍特征值等要求。3. 2 刚域

对于异形柱结构, 由于异形柱柱肢较长, 与梁重叠较多, 对整体结构的刚度、变形, 自振周期和梁的内力都会有不容忽略的影响, 所以在软件输入参数设置中应将梁柱重叠部分定义为刚域, 如图5所示。

图5 刚域和柱计算长度系数计算方法的设置F i g. 5 Setti ng o f r i g id a rea and coeffic i ent of

ca lcu l ated l eng th for colu mns

3. 3 柱计算长度系数

因异形柱在荷载有些作用方向角区域受压弯的稳定性能差和荷载的二阶效应较明显, 所以其计算长度系数一定要选择按5混凝土结构设计规范6的7. 3. 11-3的方法计算(图5) 。另外, 异形柱的荷载偏心距增大系数与混凝土结构设计规范对于矩形柱的规定不同(详见5异形柱规程6的规定), 并且, 5异形柱规程6的偏心距增大系数计算公式对异形柱的长细比适用范围也不同。5混凝土结构设计规范6(GB 50010) 2002) 对矩形柱长细比的适用范围是l 0/h [30

[8]

(约等价于l 0/r [

图6 地震信息输入对话框F ig . 6 Se is m ic i nfor m ation i nput d i a l og

104), 而5异形柱规程6对异形柱的长细比适用范围是l 0/r A [70, 这里, l 0是柱计算长度、h 是柱截A

S truct u ra lEng i n eers Vo. l 26, No . 43. 6 双向地震同时作用

#10#

S t u dy o fDesi g n M ethod

V j =1. 2

(Mb +M b ) h b0-a c s

5异形柱规程64. 2. 4-2条规定:/在计算单向水平地震作用时应计入扭转影响; 对扭转不规则的结构, 水平地震作用计算应计入双向水平地震作用下的扭转影响。0实际上所有空间的结构都要计算双向地震作用, 一般建筑要分别计算相互垂直的两个单个水平方向的地震作用, 取其地震效应的较大值, 5建筑抗震设计规范6(GB 50011) 2001) 和5异形柱规程6的上述条文所讲的双向水平地震作用是指双向水平地震同时作用。

在SAT W E 软件中不论用户在结构规则性信息中选择/规则0或/不规则0, 该软件均按不规则计算。对于双向地震同时作用, 用户在判断结构确实属于扭转不规则时选择此选项(图6) 。判断结构是否属于扭转不规则, 可将该项中/规则0处在选中位置进行计算, 根据计算结果来确定是否选择该项。3. 7 周期折减系数

5异形柱规程64. 3. 6条规定:/计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期, 应考虑非承重填充墙体对结构整体刚度的影响予以折减。0异形柱框架结构可取0. 60~0. 75; 框架-剪力墙结构可取0. 70~0. 85。注意, 这个取值范围是针对实心黏土砖的填充墙, 当是非实心黏土砖的填充墙时, 折减可少一些, 即折减系数可比这些值大些。周期折减系数填写位置见图6。因现在填充墙材料类型众多、刚度性能差别较大, 设计人员要根据情况和以上原则选择适宜的系数。3. 8 结构扭转不规则的限值

5异形柱规程63. 2. 5-1条规定:/扭转不规则时, 楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的比值不应大于1. 45。0此条限值与5抗震规范6的限值1. 5不同, 须注意。3. 9 梁柱节点受剪承载力

5混凝土结构设计规范6(GB 50010) 2002) 对非顶层框架梁柱节点的剪力设计值用下式:

H c -h 式中, H c 为节点上柱和下柱反弯点之间的距离;

h b0-a s

(1)

其他符号见GB 50010) 2002的解释。而5建筑抗震设计规范6(GB 50011) 2001) 同样公式解释

H c 为柱的计算高度, 可采用节点上、下柱反弯点之间的距离。SAT W E 软件采用5混凝土结构设计规范6(GB50010) 2002) 第7. 3. 11-2条的柱计算长度作为H c , 即除底层外H c 等于1. 25倍层高; 而CRSC 采取柱反弯点均在楼层高度中点的假定, 即得到H c 等于层高。于是, SAT W E 算出的节点剪力设计值比CRSC 算出的约大25%。3. 10 底部抽柱的异形柱结构

5异形柱规程6附录A 对底部抽柱带转换层的异形柱结构做了规定:转换层上部结构与下部结构的侧向刚度比宜接近1。转换层上、下部结构侧向刚度比可按5高层建筑混凝土结构技术规程6J G J 3) 2002第E . 0. 2条的规定执行。SAT WE 有三种层刚度比计算的方法, 即/层剪切刚度比0、/层剪弯刚度比0和/地震剪力与地震层间位移比0供选择。底部抽柱的异形柱结构应选/层剪弯刚度比0计算。3. 11 薄弱层

5异形柱规程63. 2. 5-2条规定:/楼层承载力突变时, 其薄弱层地震剪力应乘以1. 20的增大系数; 楼层受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%。0

目前的SAT WE 程序不能根据楼层承载力突变而自动判断薄弱层, 需要设计人员人工指定薄弱层。

对于薄弱层地震剪力应乘以1. 20的增大系数, 有人提出的方法是, 在SAT W E 程序对人工指定的薄弱层仍然乘以1. 15的放大系数, 设计人员在/全楼地震作用放大系数0中针对此层人为放大1. 04倍(图7), 其计算结果也仅用于此层。

经作者用一工程试验了该方法, 共试验了两种做法:第一种做法是薄弱层内力不放大, 作为检验用; 第二种做法是设结构的第一层是薄弱层, 用此方法, 即设置/全楼地震作用放大系数0为1. 04。

按第一种做法的结构首层、二层第一号柱内力分别见表1、表2。(引自SAT W E 软件输出的l . t

#设计方法研究#

#11#

结构工程师第26卷第4期

表中工况(1) 、工况(2) 分别为X 向、Y 向地

震作用产生的内力; 工况(3) 、工况(4) 分别是恒、活载产生的内力; 工况EX1、工况EY1是附加角度方向地震作用产生的内力。

按第二种做法的结构首层、二层第一号柱内力分别见表3、表4。

比较两者, 可见做法二产生的第一层柱内力是在做法一产生的内力基础上放大了1. 20倍, 做法二产生的第二层柱内力是在做法一产生的内力基础上放大了1. 04倍。其余层构件内力与第二层的内力相同, 也是在做法一的基础上放大了1. 04倍。篇幅所限, 其余层构件的内力略。

可以看出, 做法二确实将/全楼地震作用0都

图7 全楼地震作用放大系数

F i g . 7 Seis m ic acti on mu l ti pli cati on factor for t he whole buil di ng 表1 Table 1

工况(1) (2) (3) (4) EX 1EY 1

X 向剪力/kN

-36. 6-31. 35. 61. 0-46. 213. 8

Y 向剪力/kN

92. 2-80. 12. 60. 534. 8-117. 1

放大了1. 04倍。这会造成除薄弱层外的所有层配筋都会加大, 造成了浪费, 也没达到让薄弱层比

第一种做法首层第一号柱内力

Inn er force of colu m n 1in th e first floor

轴力/kN309. 8213. 0-482. 5-55. 9355. 6-121. 8

柱底M x /(kN #m ) 柱底M y /(kN #m ) 柱顶M x /(kN #m ) 柱顶M y /(kN #m )

-253. 9237. 9-2. 3-0. 5-97. 1334. 1

-78. 6-72. 15. 41. 0-102. 429. 9

-22. 72. 4-5. 5-1. 1-14. 717. 5

31. 321. 8-11. 3-2. 136. 1-12. 3

表2 Table 2

工况(1) (2) (3) (4) EX 1EY 1

X 向剪力/kN

-35. 4-31. 310. 61. 9-45. 313. 4

Y 向剪力/kN

53. 2-49. 24. 40. 820. 3-69. 6

第一种做法二层第一号柱内力Inner force of colu m n 1in the second floor

轴力/kN238. 9170. 4-403. 9-46. 0278. 4-92. 8

柱底M x /(kN #m ) 柱底M y /(kN #m ) 柱顶M x /(kN #m ) 柱顶M y /(kN #m )

-90. 390. 2-7. 1-1. 4-35. 4122. 6

-55. 6-50. 716. 23. 0-72. 221. 1

-69. 457. 4-6. 0-1. 2-26. 286. 2

50. 443. 4-15. 5-2. 963. 7-19. 0

表3 Table 3

工况(1) (2) (3) (4) EX 1EY 1

X 向剪力/kN

-43. 8-37. 45. 61. 0-48. 014. 4

Y 向剪力/kN

110. 3-95. 82. 60. 536. 2-121. 7

第二种做法首层第一号柱内力Inn er force of colu m n 1in th e first floor

轴力/kN370. 5254. 7-482. 5-55. 9369. 9-126. 7

柱底M x /(kN #m ) 柱底M y /(kN #m ) 柱顶M x /(kN #m ) 柱顶M y /(kN #m )

-303. 7284. 5-2. 3-0. 5-101. 0347. 5

-94. 0-86. 25. 41. 0-106. 531. 1

-27. 12. 8-5. 5-1. 1-15. 218. 2

37. 526. 0-11. 3-2. 137. 6-12. 8

S truct u ra lEng i n eers Vo. l 26, No . 4

表4 Table 4

工况(1) (2) (3) (4) EX 1EY 1

X 向剪力/kN

-36. 8-32. 610. 61. 9-47. 113. 9

Y 向剪力/kN

55. 4-51. 24. 40. 821. 1-72. 4

#12#

第二种做法二层第一号柱内力Inner force of colu m n 1in the second floor

轴力/kN248. 5177. 2-403. 9-46. 0289. 5-96. 5

S t u dy o fDesi g n M ethod

柱底M x /(kN #m ) 柱底M y /(kN #m ) 柱顶M x /(kN #m ) 柱顶M y /(kN #m )

-93. 993. 8-7. 1-1. 4-36. 8127. 5

-57. 9-52. 716. 23. 0-75. 122. 0

-72. 259. 7-6. 0-1. 2-27. 289. 6

52. 545. 1-15. 5-2. 966. 3-19. 8

其他层强度增加1. 2倍的要求。所以, 应特别注意上述的/其计算结果也仅用于此层0的说法。即按做法二, 计算内力和配筋后, 应将用户指定的薄弱层的内力和配筋文件另行保存到计算机硬盘的其他路径, 然后用做法一再计算一遍, 取上述保存的薄弱层配筋结果和做法一产生的其他层配筋结果去画施工图。

或者, 将P MCAD 工程数据复制到计算机的另一路径, 其与原路径的分别按做法一和做法二计算, 薄弱层的计算结果取做法二路径的, 其他层取做法一路径的。

用CRSC 软件读取SATWE 内力结果配筋时, 要将做法二产生薄弱层的构件内力文件ww n? l . out 拷贝到做法一的工程路径下, 再运行CRSC 软件, 即可得到需要的结果。3. 12 水平转换构件内力调整

5异形柱规程63. 2. 5-3条规定:/竖向抗侧力构件不连续(底部抽柱带转换层的异形柱结构) 时, 该构件传递给水平转换构件的地震内力应乘以1. 25~1. 50的增大系数。0对于此规定, SATWE 软件根据5高层建筑混凝土结构技术规程6(J G J 3) 2002) 第10. 2. 6条调整, 但水平转换构件需要用户在SAT W E 计算前处理的特殊构件定义中指定。

4. 2 抗震等级

抗震等级是对结构设计时采取不同抗震措施的划分, 而抗震措施又分为抗震计算和抗震构造措施两部分。对于一个结构(构件) 要求采取的抗震计算和抗震构造措施两部分的抗震等级可能不同。

5异形柱规程6表3. 3. 1给出了异形柱框架结构和框架-剪力墙结构的抗震等级。

5异形柱规程6表3. 3. 1的注2:建筑场地为Ñ类时, 除6度外, 应允许按本地区抗震设防烈度降低一度所对应的抗震等级采取抗震构造措施, 但相应的计算要求不应降低; 注3:对7度(0. 15g) 时建于Ó, Ô类场地的异形柱框架结构和异形柱框架-剪力墙结构, 应按表中括号内所示的抗震等级采取抗震构造措施。就是抗震计算要求的抗震等级与抗震构造措施的抗震等级不相同的例子。对于矩形柱结构也有相同情况。

PKP M 软件只采纳了一种抗震等级, 即抗震计算要求的抗震等级。对于上述注2、注3情况,

在PKP M 中如输入抗震计算要求的抗震等级, 则计算结果的构造措施要求对于注2的情况是偏严的(有些浪费) 、对注3的情况则是偏松的(降低了安全度), 希望用户注意。CRSC 软件考虑了这两种抗震等级, 它根据用户输入的计算用抗震等级和场地类型自动设置抗震构造措施的抗震等级(并允许用户对其进行修改, 防止软件自动设置可能会产生偏差), 并按此检验轴压比和配置箍筋等构造措施。4. 3 轴压比

5异形柱规程6表6. 2. 2分L 形、T 形、十字形三种截面分别给出了轴压比限值, 2009年的[2]

4 异形柱结构的构造措施

4. 1 一般规定

异形柱截面肢厚不应小于200mm, 肢高不应小于500mm (当肢厚小于300mm 时), 与异形柱相连的框架梁截面高度, 抗震设计时不宜小于400mm 、非抗震设计时不宜小于350mm 。PKP M 。

#设计方法研究#

4. 4 异形柱纵筋最小配筋率

#13#

结构工程师第26卷第4期

4. 5 异形柱最小配筋特征值

5异形柱规程6表6. 2. 9(表5) 对异形柱箍筋

5异形柱规程6第6. 2. 5条(强制性条文) 规定:/异形柱中全部纵向受力钢筋的配筋百分率不应小于表6. 2. 5规定的数值, 且按柱全截面面积计算的柱肢端纵向受力钢筋的配筋百分率不应小于0. 2; , ,0抗震等级较低时, 往往是异形柱截面肢端百分率起控制作用。2009年的SATWE 软件执行了异形柱中全部纵向受力钢筋的配筋百分率要求, 但还未执行异形柱截面肢端最小配筋率的要求。需要用户手工调整SAT W E 的计算结果。

表5 Table 5

加密区的最小配箍特征值进行了严格规定, 它比混凝土规范关于矩形柱的相关规定值(表6) 大得多, 对四级抗震的异形柱也有规定, 而矩形柱则没有。5PKP M 结构软件若干常见问题剖析6

[4]

中

规定:/目前PKP M 程序还没有考虑5异形柱规程6表6. 2. 9的规定, 按普通矩形柱取值。0比较表5、表6可见, 设计人员需要对PKP M 配箍结果进行重新配箍, 否则会造成地震作用下的安全隐患。

异形柱箍筋加密区的箍筋最小配箍特征值K v

M in i m um Characteristic Val u e K v for prov i d i ng stirrup or hoop in

densified zone of a s p ecially shaped col umn

柱轴压比

[0. 300. 10

L 形

0. 090. 080. 09

T 形

0. 080. 070. 08

十字形

0. 070. 06

0. 400. 130. 100. 090. 120. 090. 080. 110. 080. 07

0. 450. 150. 120. 100. 140. 110. 090. 130. 100. 08

0. 500. 180. 140. 110. 170. 130. 100. 160. 120. 09

0. 550. 200. 160. 120. 190. 150. 110. 180. 140. 10

0. 60-0. 180. 140. 210. 170. 130. 200. 160. 12

0. 65-0. 200. 16-0. 190. 150. 220. 180. 14

0. 70--0. 18-0. 210. 17-0. 200. 16

0. 75--0. 20--0. 19-0. 220. 18

0. 80-----0. 21--0. 20

0. 85--------0. 22

抗震等级二级三级四级二级三级四级二级三级四级

截面形式

表6

普通箍、复合箍型式矩形柱箍筋加密区的箍筋最小配箍特征值K v

轴压比

Table 6M i n i m u m Characteristic Value K v for provi d i ng stirrup or hoop in den sified zone of a col umn

抗震等级一级二级三级

[0. 300. 100. 080. 06

0. 400. 110. 090. 07

0. 50. 130. 110. 09

0. 60. 150. 130. 11

0. 70. 170. 150. 13

0. 80. 200. 170. 15

0. 90. 230. 190. 17

1. 0-0. 220. 20

1. 05-0. 240. 22

4. 6 异形柱箍筋配置

5异形柱规程6第6. 2. 10条(强制性条文) 规定:/抗震设计时, 异形柱箍筋加密区的箍筋最大间距和箍筋最小直径应符合表6. 2. 10(表7) 的

规定。0

由于SAT W E 将纵向受力钢筋分为固定位置钢筋和分布钢筋, 其中, 固定位置钢筋是指异形柱截面直线肢端部和两肢相交处配置的钢筋(即按5异形柱规程6配置的受力钢筋), 分布钢筋是指

除固定位置钢筋以外的钢筋(即按5异形柱规程6配置的纵向构造钢筋), 所以执行此强制性条文时, 须格外注意。固定位置钢筋和分布钢筋都是受力纵筋, /箍筋间距不应超过n 倍纵筋直径0中的纵筋是包括所有的受力钢筋的。因为分布钢筋靠近柱截面压弯时的中和轴, 受力较小, 钢筋截面积较小, 可能配出的钢筋直径小。要满足该项条文, 又不想让箍筋间距小于100mm 的话, 二级抗震设计时该纵筋直径不应小于18mm, 三、四级抗震设计时该纵筋直径不应小于16mm 。

S truct u ra lEng i n eers Vo. l 26, No . 4

表 7 异形柱箍筋加密区箍筋的最大间距和最小直径

#14#

S t u dy o fDesi g n M ethod

Chi na A rch itecture &Buil ding P ress , 2007. (i n Chi nese)

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Table 7 Detaili ng requ ire m en ts for densified zone for

sti rrups at end s of a spec i a lly s haped co l umn

抗震等级二级三级四级

箍筋最大间距/mm纵向钢筋直径的6倍和

100的较小值纵向钢筋直径的7倍和120

(柱根100) 的较小值纵向钢筋直径的7倍和150

(柱根100) 的较小值

箍筋最小直径/mm

886(柱根8)

5 结语

本文根据钢筋混凝土异形柱结构的特点, 讲述了用PKP M 软件设计异形柱结构应注意的问题及其解决办法, 希望对设计人员更好地理解5异形柱规程6和计算机软件的功能、设计出符合规程要求的异形柱结构有所帮助。

参考文献

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第26卷第4期2010年8月

结构工程师Str uctural Eng i n eers

V o. l 26, N o . 4A ug . 2010

使用PKP M 软件计算异形柱结构的注意事项

王依群曹茹

(天津大学建筑工程学院暨港口与海洋工程教育部重点实验室, 天津300072)

关键词钢筋混凝土, 异形柱, PKP M, 设计, 软件

Key Iss ues i n Desi gn of Structures w ith Speci ally Shaped Col u mns by Using PKP M Soft ware

WANG Y i q un C AO Ru

(Schoo l of C iv il Eng ineer i ng, T ian ji n U niversity , T ian ji n 300072, China)

K eywords re i n f o rced concrete , specially shaped co l u m n , PKP M, desi g n , soft w are

能相对齐全的大型设计软件, 在建筑行业应用较

1 引言

异形柱结构由于其室内不露柱角, 受到住户的欢迎, 但经研究其在静载作用下及抗震性能均不及矩形柱结构

[1, 2]

广泛。虽然5异形柱规程6已颁布实施3年, PKP M 软件仍有部分功能还与5异形柱规程6的规定不一致。另外, 设计人员使用PKP M 设计异形

。对此, 国家行业标准5混凝

土异形柱结构技术规程6(J G J 149) 2006) (以下简称5异形柱规程6) 对异形柱的设计作了较严格的规定。

PKP M 软件是中国建筑科学研究院开发的功

收稿日期:2009-12-07l yqw j hot m l co m

S truct u ra lEng i n eers Vo. l 26, No . 4软件选择。

CRSC 软件

[3-6]

#8#

S t u dy o fDesi g n M ethod

是5异形柱规程6编制组主要

2 异形截面柱的输入和布置

P MCAD 软件提供了多种截面形状(称类型) 供输入异形柱截面时选择, 如类型2、类型5、类型6、类型19、类型20, 见图1

。

图3 设置柱偏心的对话框

F i g . 3 D ialog fo r setting eccentric ity of a co l u m n

置几种输入的截面, 每种输入截面的转角参数为0是最可靠的。

[7]

3 异形柱结构的计算参数设置

图1 P M C A D 提供的截面类型F i g . 1 K i nds o f cross section i n P M CAD

3. 1 结构体系

PKP M 软件从2008年在结构体系选项中增

因各截面类型在结构平面中的定位点不同, 致使后续的

图2 L, T 和十字形截面可用类型6定义. to 图4 SAT W E 软件结构体系选项

ig S n E w

#设计方法研究#

目前,

SATWE 还没执行5异形柱规程6的主

#9#

结构工程师第26卷第4期

垂直于弯矩作用方向角A 的形心轴的回转半径。SAT WE 软件一直未对此点实施检验。建议读者还是用CRSC 软件进行异形柱的配筋, 以保证安全。

3. 4 柱配筋计算原则

对于异形柱, PKP M 软件总是按双偏压计算, 不论用户是否选了图5中的/按双偏压计算0, 这是符合5异形柱规程6要求的。

规程对角柱的内力调整系数和构造措施有专门规定, 使用软件计算时不要忘记人工定义角柱, 并使用图形查看功能确认。3. 5 附加地震作用方向

图5 刚域和柱计算长度系数计算方法的设置F i g. 5 Setti ng o f r i g id a rea and coeffic i ent of

ca lcu l ated l eng th for colu mns

3. 3 柱计算长度系数

[8]

(约等价于l 0/r [

图6 地震信息输入对话框F ig . 6 Se is m ic i nfor m ation i nput d i a l og

104), 而5异形柱规程6对异形柱的长细比适用范围是l 0/r A [70, 这里, l 0是柱计算长度、h 是柱截A

S truct u ra lEng i n eers Vo. l 26, No . 43. 6 双向地震同时作用

#10#

S t u dy o fDesi g n M ethod

V j =1. 2

(Mb +M b ) h b0-a c s

5混凝土结构设计规范6(GB 50010) 2002) 对非顶层框架梁柱节点的剪力设计值用下式:

H c -h 式中, H c 为节点上柱和下柱反弯点之间的距离;

h b0-a s

(1)

其他符号见GB 50010) 2002的解释。而5建筑抗震设计规范6(GB 50011) 2001) 同样公式解释

5异形柱规程63. 2. 5-2条规定:/楼层承载力突变时, 其薄弱层地震剪力应乘以1. 20的增大系数; 楼层受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%。0

目前的SAT WE 程序不能根据楼层承载力突变而自动判断薄弱层, 需要设计人员人工指定薄弱层。

按第一种做法的结构首层、二层第一号柱内力分别见表1、表2。(引自SAT W E 软件输出的l . t

#设计方法研究#

#11#

结构工程师第26卷第4期

表中工况(1) 、工况(2) 分别为X 向、Y 向地

震作用产生的内力; 工况(3) 、工况(4) 分别是恒、活载产生的内力; 工况EX1、工况EY1是附加角度方向地震作用产生的内力。

按第二种做法的结构首层、二层第一号柱内力分别见表3、表4。

可以看出, 做法二确实将/全楼地震作用0都

图7 全楼地震作用放大系数

F i g . 7 Seis m ic acti on mu l ti pli cati on factor for t he whole buil di ng 表1 Table 1

工况(1) (2) (3) (4) EX 1EY 1

X 向剪力/kN

-36. 6-31. 35. 61. 0-46. 213. 8

Y 向剪力/kN

92. 2-80. 12. 60. 534. 8-117. 1

放大了1. 04倍。这会造成除薄弱层外的所有层配筋都会加大, 造成了浪费, 也没达到让薄弱层比

第一种做法首层第一号柱内力

Inn er force of colu m n 1in th e first floor

轴力/kN309. 8213. 0-482. 5-55. 9355. 6-121. 8

柱底M x /(kN #m ) 柱底M y /(kN #m ) 柱顶M x /(kN #m ) 柱顶M y /(kN #m )

-253. 9237. 9-2. 3-0. 5-97. 1334. 1

-78. 6-72. 15. 41. 0-102. 429. 9

-22. 72. 4-5. 5-1. 1-14. 717. 5

31. 321. 8-11. 3-2. 136. 1-12. 3

表2 Table 2

工况(1) (2) (3) (4) EX 1EY 1

X 向剪力/kN

-35. 4-31. 310. 61. 9-45. 313. 4

Y 向剪力/kN

53. 2-49. 24. 40. 820. 3-69. 6

第一种做法二层第一号柱内力Inner force of colu m n 1in the second floor

轴力/kN238. 9170. 4-403. 9-46. 0278. 4-92. 8

柱底M x /(kN #m ) 柱底M y /(kN #m ) 柱顶M x /(kN #m ) 柱顶M y /(kN #m )

-90. 390. 2-7. 1-1. 4-35. 4122. 6

-55. 6-50. 716. 23. 0-72. 221. 1

-69. 457. 4-6. 0-1. 2-26. 286. 2

50. 443. 4-15. 5-2. 963. 7-19. 0

表3 Table 3

工况(1) (2) (3) (4) EX 1EY 1

X 向剪力/kN

-43. 8-37. 45. 61. 0-48. 014. 4

Y 向剪力/kN

110. 3-95. 82. 60. 536. 2-121. 7

第二种做法首层第一号柱内力Inn er force of colu m n 1in th e first floor

轴力/kN370. 5254. 7-482. 5-55. 9369. 9-126. 7

柱底M x /(kN #m ) 柱底M y /(kN #m ) 柱顶M x /(kN #m ) 柱顶M y /(kN #m )

-303. 7284. 5-2. 3-0. 5-101. 0347. 5

-94. 0-86. 25. 41. 0-106. 531. 1

-27. 12. 8-5. 5-1. 1-15. 218. 2

37. 526. 0-11. 3-2. 137. 6-12. 8

S truct u ra lEng i n eers Vo. l 26, No . 4

表4 Table 4

工况(1) (2) (3) (4) EX 1EY 1

X 向剪力/kN

-36. 8-32. 610. 61. 9-47. 113. 9

Y 向剪力/kN

55. 4-51. 24. 40. 821. 1-72. 4

#12#

第二种做法二层第一号柱内力Inner force of colu m n 1in the second floor

轴力/kN248. 5177. 2-403. 9-46. 0289. 5-96. 5

S t u dy o fDesi g n M ethod

柱底M x /(kN #m ) 柱底M y /(kN #m ) 柱顶M x /(kN #m ) 柱顶M y /(kN #m )

-93. 993. 8-7. 1-1. 4-36. 8127. 5

-57. 9-52. 716. 23. 0-75. 122. 0

-72. 259. 7-6. 0-1. 2-27. 289. 6

52. 545. 1-15. 5-2. 966. 3-19. 8

4. 2 抗震等级

5异形柱规程6表3. 3. 1给出了异形柱框架结构和框架-剪力墙结构的抗震等级。

PKP M 软件只采纳了一种抗震等级, 即抗震计算要求的抗震等级。对于上述注2、注3情况,

5异形柱规程6表6. 2. 2分L 形、T 形、十字形三种截面分别给出了轴压比限值, 2009年的[2]

4 异形柱结构的构造措施

4. 1 一般规定

#设计方法研究#

4. 4 异形柱纵筋最小配筋率

#13#

结构工程师第26卷第4期

4. 5 异形柱最小配筋特征值

5异形柱规程6表6. 2. 9(表5) 对异形柱箍筋

表5 Table 5

[4]

中

异形柱箍筋加密区的箍筋最小配箍特征值K v

M in i m um Characteristic Val u e K v for prov i d i ng stirrup or hoop in

densified zone of a s p ecially shaped col umn

柱轴压比

[0. 300. 10

L 形

0. 090. 080. 09

T 形

0. 080. 070. 08

十字形

0. 070. 06

0. 400. 130. 100. 090. 120. 090. 080. 110. 080. 07

0. 450. 150. 120. 100. 140. 110. 090. 130. 100. 08

0. 500. 180. 140. 110. 170. 130. 100. 160. 120. 09

0. 550. 200. 160. 120. 190. 150. 110. 180. 140. 10

0. 60-0. 180. 140. 210. 170. 130. 200. 160. 12

0. 65-0. 200. 16-0. 190. 150. 220. 180. 14

0. 70--0. 18-0. 210. 17-0. 200. 16

0. 75--0. 20--0. 19-0. 220. 18

0. 80-----0. 21--0. 20

0. 85--------0. 22

抗震等级二级三级四级二级三级四级二级三级四级

截面形式

表6

普通箍、复合箍型式矩形柱箍筋加密区的箍筋最小配箍特征值K v

轴压比

Table 6M i n i m u m Characteristic Value K v for provi d i ng stirrup or hoop in den sified zone of a col umn

抗震等级一级二级三级

[0. 300. 100. 080. 06

0. 400. 110. 090. 07

0. 50. 130. 110. 09

0. 60. 150. 130. 11

0. 70. 170. 150. 13

0. 80. 200. 170. 15

0. 90. 230. 190. 17

1. 0-0. 220. 20

1. 05-0. 240. 22

4. 6 异形柱箍筋配置

5异形柱规程6第6. 2. 10条(强制性条文) 规定:/抗震设计时, 异形柱箍筋加密区的箍筋最大间距和箍筋最小直径应符合表6. 2. 10(表7) 的

规定。0

S truct u ra lEng i n eers Vo. l 26, No . 4

表 7 异形柱箍筋加密区箍筋的最大间距和最小直径

#14#

S t u dy o fDesi g n M ethod

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Table 7 Detaili ng requ ire m en ts for densified zone for

sti rrups at end s of a spec i a lly s haped co l umn

抗震等级二级三级四级

箍筋最大间距/mm纵向钢筋直径的6倍和

100的较小值纵向钢筋直径的7倍和120

(柱根100) 的较小值纵向钢筋直径的7倍和150

(柱根100) 的较小值

箍筋最小直径/mm

886(柱根8)

5 结语

参考文献

[1] 苏小卒, 张荣, 王磊, 等. 钢筋混凝土异形柱抗震性

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使用PKPM软件计算异形柱结构的注意事项

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