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关于“轴压比”的那些事儿

王丹凤

轴压比是结构设计中比较关心的问题，本文从规范对柱、剪力墙轴压比的相关规定、YJK程序如何实现以及用户常见问题三个方面进行一下简单梳理。

一、轴压比的概念

1.柱轴压比

来看一下对于柱轴压比规范是如何规定的：

《抗震规范》6.3.6条规定：“轴压比指柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值；对本规范规定不进行地震作用计算的结构，可取无地震作用组合的轴力设计值计算”。而且此条条文说明中规定：“限值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”。

《混凝土规范》11.4.16条及《高规》6.4.2条则明确说明了：“轴压比指柱考虑地震作用组合的轴压力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值"。

常见问题Q1：轴压比不是轴力设计值最大的组合？

A1: 查看构件信息，可以看出14号组合是非地震组合。软件按照规范，计算地震时取地震组合下的轴力设计值的最大值。

不计算地震作用时，软件按照规范默认取非地震组合下的轴力设计值, 如果勾选“不计算地震时，按重力荷载代表值计算柱轴压比”，则按重力荷载代表值计算。

2.剪力墙轴压比

《高规》7.2.13条规定：“墙肢轴压比是指重力荷载代表值作用下墙肢承受的轴压力设计值与墙的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值”。

软件按照规范采用重力荷载代表计算墙肢轴压比。软件按照组合截面计算组合轴压比，即在计算每一段剪力墙轴压比时，结合相邻墙肢适当范围的轴力组合计算，结合的相邻墙肢长度可在高级选项中设置，默认为6倍翼缘墙厚并且不超过腹板墙长的一半。软件把相邻墙肢这一段的面积和轴力都叠加到当前计算的墙肢上，扣除他们之间的重叠部分。在【设计结果】菜单的【轴压比】菜单下，选择【墙组合轴压比】通过右侧的“显示轮廓”按钮，鼠标停靠在某一剪力墙段上时，阴影区域即为组合截面。柱、墙轴压比菜单下也输出了单墙肢轴压比结果。

二、程序实现

   1.轴压比的限值

软件首先根据用户输入的结构类型、抗震等级，自动按照相关规范轴压比限值查表获得基本数值，然后按照下述规则对限值进行调整：

1）  勾选了“框架柱的轴压比限值按框架结构采用”，则按框架结构查表；

2）当混凝土强度等级为C65～C70时，轴压比限值应比表中数值降低0.05；当混凝土强度等级为C75～C80时，轴压比限值应比表中数值降低0.10；

3）剪跨比不大于2的柱，轴压比限值降低0.05；剪跨比小于1.5的柱，轴压比限值降低0.1；

4）建造于Ⅳ类场地且较高的高层建筑，柱轴压比限值降低0.05；软件关于Ⅳ类场较高建筑的判断规则为：框架结构高度超过40m，或者非框架结构高度超过60m。

5）加强层及其相邻层的框架柱，轴压比限值应按其他楼层框架柱的数值减小0.05；

6）对于不能自动处理的情况，在前处理设置了柱轴压比限值增减量的菜单。用户可手工指定轴压比限值增减量，如填-0.05表示限值减小0.05。 

软件自动计算出柱轴压比并按照轴压比限值判断该轴压比是否超出限值。并在【设计结果】菜单下【配筋简图】输出轴压比，【轴压比】中输出轴压比及限值，如果超限，以红色显示。

对于钢柱来说，根据高钢规7.3.4条，只有结构类型选择框筒和筒中筒结构才控制轴压比，其它结构不控制，则程序输出限值为99.

常见问题Q2：一级转换柱（超短柱）轴压比限值软件中为何取0.45？

A2：转换柱执行框支剪力墙结构的轴压比限值，查表限值为0.6；剪跨比不大于1.5时，限值减0.1；IV类场地较高建筑，轴压比限值减0.05； 0.60-0.1-0.05=0.45

2.性能设计下的轴压比

程序自动根据选择的性能水准，按照规范要求验算轴压比。比如按照《高规》选择性能水准3，软件会自动采用标准组合轴力，按材料强度标准值计算轴压比。

常见问题Q3：性能设计下的轴压比如何计算？

A3：以大震不屈服下的轴压比为例，按照规范要求，采用标准组合，混凝土强度采用极限值即混凝土立方强度的0.88倍。

混凝土强度为C45,则f=0.88x45=39.6

Uc=4612.6x1000/(600x600x39.6)=0.32

三、小结：

1. 控制轴压比主要为了保证构件的延性，保证柱的塑性变形能力和框架的抗倒塌能力。

2.柱轴压比，计算地震时，软件按照规范取地震作用组合的轴力设计值；不计算地震作用时，软件按照规范默认取非地震组合下的轴力设计值, 如果勾选“不计算地震时，按重力荷载代表值计算柱轴压比”则按重力荷载代表值计算。

3.剪力墙采用重力荷载代表计算墙肢轴压比，软件输出了单墙肢轴压比和组合墙轴压比，计算书中按组合轴压比控制墙的轴压比。

4.软件按照规范要求确定轴压比的限值并判断是否超限，根据规范要求或者规范精神自动对轴压比限值进行了调整，对个别不能自动调整的情况，可设置轴压比增减量。

5.对于钢柱，只对框筒和筒中筒结构控制轴压比，程序按规范限值输出；对其它结构不控制，则程序输出限值为99.

6.软件可以自动按照规范性能设计的相关要求计算性能设计下的轴压比。