軸壓比是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中另一個(gè)非常關(guān)心的參數(shù)。這里的“軸”指的是柱子的軸力,“壓”指的是柱子的混凝土的抗壓強(qiáng)度,軸壓比的計(jì)算公式為n/(fc·b·h0),這里n是柱子的軸力,fc指的是柱子的混凝土的抗壓強(qiáng)度,b和h0分別為截面的寬度和高度。隨著柱子的軸壓比增加,柱子的延性變差。
為保證結(jié)構(gòu)的延性,抗震規(guī)范中對于軸壓比有明確的限值,如下表所示。
如果抗震驗(yàn)算中,軸壓比超過限值怎么辦?可以考慮如下方法:
(1)加大柱子截面面積
由軸壓比的計(jì)算公式可以看出,加大截面高度和寬度,即截面面積,軸壓比可以降低。對于多層框架結(jié)構(gòu),可以通過增加截面面積的方法來減小軸壓比。但是,對于高層建筑結(jié)構(gòu),房屋高度大、層數(shù)多、柱距大,單柱軸向力很大,增大截面面積會(huì)增加自重和材料消耗,而且妨礙建筑功能。
(2)采用高強(qiáng)度混凝土
由軸壓比的計(jì)算公式知,增加混凝土的強(qiáng)度fc,軸壓比可以降低。與采用c40的框架柱相比,采用c60~c80的高強(qiáng)混凝土,可以減小柱截面面積30%左右。當(dāng)前,c60混凝土已經(jīng)廣泛采用,并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
(3)采用型鋼混凝土
型鋼混凝土柱截面含鋼面積5%~10%,可使柱截面面積減小30%~40%,由于型鋼骨架對鋼結(jié)構(gòu)的制作、安裝能力要求較高,因此,目前較多用在高層建筑的下層部位柱,轉(zhuǎn)投層以下的支柱;也有少數(shù)工程全部采用型鋼混凝土梁和柱。
(4)采用鋼管混凝土
鋼管混凝土可使柱混凝土處于有效側(cè)向約束下,形成三向應(yīng)力狀態(tài),因而延性很大,承載力提高很多。鋼管的壁厚一般為柱直徑的1/100~1/70。鋼管混凝土柱如采用高強(qiáng)混凝土澆筑,可以使柱截面減小至原截面面積的50%左右。但目前某些鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造較難滿足8度設(shè)防的抗震,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視。
需要注意的是,對于型鋼混凝土柱軸壓比計(jì)算公式為n/(fc a+fa aa).其中,n為考慮地震組合的柱軸向力設(shè)計(jì)值,a為扣除型鋼后的混凝土截面面積,aa為型鋼的截面積,fc和fa分別為混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和型鋼的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。型鋼混凝土柱軸壓比限值應(yīng)滿足下面表格的要求。