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柱延性与轴压比的关系：高层建筑钢筋混凝土概念设计

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：在我国设计规范中，为了实现大偏心受压破坏，使柱具有良好的延性和耗能能力，采取的措施之一就是限制柱的轴压比。表6-1给出了规范规定的剪跨比大于2、混凝土强度等级不高于C60的柱的轴压比限值，抗震等级高的结构，延性要求高，轴压比限制较严。其他一些情况轴压比可以放松，另一些情况轴压比限制更严，具体条件详见规范的规定。

与梁相同，柱截面的相对受压区高度影响构件的延性，图6-4给出的众多试验点中包含了许多柱的试验，图中归纳的μ_φ—ξ曲线也适用于柱。大偏压柱截面的受压区高度较小，延性和耗能性能都较好；增大轴压比，也就是增大相对受压区高度，当相对受压区高度超过界限值（平衡破坏）时就成为小偏压柱，小偏压柱的延性较差。若为短柱，增大相对压区高度可能出现更加脆性的剪切受拉破坏。

图6-8 长柱与短柱塑性变形能力的比较（西安柱试验小组）

a）长柱 b）短柱

注：图中n为轴压比

柱对称配筋时（大多数柱为对称配筋），柱截面的混凝土相对受压区高度与其轴压比n成正比，柱轴压比是柱的平均轴向压应力与混凝土轴心抗压强度设计值的比值，即：

式中 N——柱的组合轴压力设计值；

b_c，h_c——柱截面的宽度和高度。

图6-9为三个不同轴压比的构件在往复水平力作用下试验记录的水平力—位移滞回曲线^[49]。轴压比较大的试件屈服后的变形能力小，达到最大承载力后，荷载下降较快，滞回曲线的捏拢现象严重些，耗能能力（滞回环的面积）不如轴压比小的试件，轴压比为0就是梁构件，与两个柱试件相比，它的滞回曲线要丰满得多。

在我国设计规范中，为了实现大偏心受压破坏，使柱具有良好的延性和耗能能力，采取的措施之一就是限制柱的轴压比。

表6-1给出了规范规定的剪跨比大于2、混凝土强度等级不高于C60的柱的轴压比限值，抗震等级高的结构，延性要求高，轴压比限制较严。其他一些情况轴压比可以放松，另一些情况轴压比限制更严，具体条件详见规范的规定。

图6-9 轴压比不同的框架柱试件在往复水平力作用下的滞回曲线（清华大学）

a）轴压比n=0 b）轴压比n=0.267

图6-9 轴压比不同的框架柱试件在往复水平力作用下的滞回曲线（清华大学）（续）

c）轴压比n=0.459

表6-1 柱轴压比限值