地下车库柱子轴压比计算探讨

摘要

轴压比的大小反应着柱子的延性的大小，在抗震设计中用限制轴压的方法来保证柱子的延性，从而增强抗震性能，在设计中发现使用pkpm软件在计算地下车库的柱子时，抗震验算的轴压比值小于非抗震验算的轴压比值，并通过手算验证了这一结论，所以建议设计人员在用pkpm软件验算地下车库的柱子时，要分别进行抗震验算和非抗震验算，若非抗震验算时柱子的轴压比超限建议加大相应的柱子截面以增强柱子的延性。

关键词：轴压比；地下车库；抗震设计；非抗震设计

引言

我国是一个多地震国家，国家颁布了建筑抗震设计规范及其他的一些标准用于约束指导建筑选址、设计及施工。建筑设计由原有的非抗震设计转变为抗震设计，重要性建筑及多数的民用、商业建筑都考虑了抗震设计。随着计算机使用的普及，设计的效率大大提高，某些设计人员为了单纯的追求设计效率对一些设计的细节往往容易忽视，设计参数及设计方法的选择对设计结果的影响相当大。一般抗震验算对结构的要求应高于非抗震验算，在工程设计中我们发现：地下车库采用轴压比作为验算条件时，其非抗震设计的轴压比大于抗震设计的轴压比,为验证这一结果的产生为非软件的问题，而是实际存在现象，我们通过手算的方法进行了验证。

1.轴压比及轴压比限值的概念解析

轴压比设计值为柱组合轴力的设计值与柱的全截面面积和柱混凝土抗压强度设计值乘积的比值。对不进行地震作用计算的结构, 取无地震作用组合的轴力设计值[1]。规范轴压比限值是根据对称配筋柱大小偏压分界状态的轴压比并考虑了国内外工程实践经验而制定的。选择轴压比限值时应考虑的原则是: 保证不发生小偏压破坏, 在满足结构或构件有限延性的基础上使构件获得较大的抗弯承载力。这样, 结构在小震情况下基本处于弹性工作状态, 而在强震情况下, 有一定的变形能力不至于倒塌以达到“三水准”的设防目标 。规范通过限制轴压比, 主要是为了保证框架柱有足够的延性, 以满足抗震的要求。抗震设计的目标也是为了增加结构的延性，从这一点出发抗震设计的建筑要比非抗震设计的建筑的延性要大。

我国建筑抗震设计规范对轴压比的规定[2]：柱轴压比不宜超过表一的规定；建造于Ⅳ类场地且较高的高层建筑，柱轴压比限值应适当减小。

表一柱轴压比限值

结构类型 抗震等级

一 二 三 四

框架结构 0.65 0.75 0.85 0.90

框架-抗震墙，板柱-抗震墙、框架-核心筒及筒中筒 0.75 0.85 0.90 0.95

部分框支抗震墙 0.6 0.7 ―

2.算例

本文以某建筑的地下车库为算例进行说明，通过pkpm软件分别进行了抗震验算和非抗震验算验算结果和手算结果相同，下面我们通过手算选取实际工程中的五根柱子进行计算。在计算中，柱间距为8100mm，柱尺寸为600mmx600mmx3400mm,柱自重标准值为31.82KN，单根住的负载面筋为65.61，抗震等级为三级，混凝土强度等级为C30，混凝土抗压强度设计值fc=14.3（N/mm2）计算过程见下表。

表二 荷载统计(kN/m2)：

覆土厚度（） 1500 1800 2000 2200 2400

恒荷载（车库顶）（KN/） 39.15 45.15 50.40 54.40 58.40

活荷载（30T消防车对应覆土厚标准值）[3]（KN/）: 17.8 15.1 13.6 12.34 11.3

表三 非抗震验算和抗震验算的荷载组合

非抗震验算

永久荷载控制qg1=1.2qGk+1.4*0.8*qQk＝ 66.92 71.09 75.71 79.10 82.74

可变荷载控制qg2=1.35qGk+1.4*0.7*0.8*qQk= 66.81 72.79 78.70 83.11 87.70

qg=max(qg1，qg2)＝ 66.92 72.79 78.70 83.11 87.70

抗震验算

重力荷载代表值SGE=qGK+0.5qQK= 48.05 52.70 57.20 60.57 64.05

地震作用效应和其他荷载效应的基本组合

S=γGSGE+γEhSehk+γEvSEvk+ΨwγwSwk 57.66 63.24 68.64 72.68 76.86

表四 轴压比验算

柱号 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5

柱非抗震组合轴力设计值（KN） 4390.36 4775.81 5163.66 5453.15 5753.94

柱抗震组合轴力设计值（KN） 3783.07 4149.18 4503.47 4768.80 5042.78

u轴压比限值 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85

柱非抗震组合时u轴压比 0.86 0.94 1.01 1.07 1.13

柱非抗震组合时验算轴压比 不满足 不满足 不满足 不满足 不满足

柱抗震组合时u轴压比 0.74 0.81 0.88 0.93 0.99

柱抗震组合时验算轴压比 满足 满足 不满足 不满足 不满足

3.结论与建议

通过计算我们可见，对于地下车库的柱子轴压比的计算：

1. 抗震设计的计算结果普遍小于相应的非抗震设计的结果。

2. 非抗震设计的轴压比均超限，抗震设计的几乎满足要求或超限的数值较小，虽然在非抗震设计中并未对轴压比的限值做约束，但是轴压比反应着柱子的延性，所以在非抗震验算中也应参考抗震验算中的轴压比限值，对于轴压比过大的柱子应引起注意并采取一定的措施。

3. 建议使用pkpm软件进行地下车库柱子计算过程中，应分别进行抗震验算和非抗震验算。对于非抗震验算的柱子轴压比超限的情况下，建议适当加大柱子截面或者增大混凝土强度等级。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。