轉載：2018-01-30 劉孝國 PKPM構力科技
混凝土異形柱規(guī)程JGJ149-2017已執(zhí)行，與舊規(guī)程JGJ149-2006相比，其在規(guī)范適用范圍、最大使用高度及高寬比、抗震等級、結構布置、彈性及彈塑性變形等方面的不同，導致異形柱框架及異形柱框剪結構的設計與之前的設計有所區(qū)別，系統(tǒng)梳理了新舊規(guī)程在上述要求之間的異同，分析了設計中對配筋的影響，供設計師參考。
前言
《混凝土異形柱結構技術規(guī)程》JGJ149-2017（后續(xù)簡稱“新規(guī)程”）于2017年12月1日執(zhí)行，相比舊規(guī)程《混凝土異形柱結構技術規(guī)程》JGJ149-2006（后續(xù)簡稱“舊規(guī)程”）做了一些調(diào)整，這些調(diào)整涉及到規(guī)程使用范疇、內(nèi)力分析及調(diào)整、變形限值控制及構件構造限值不同等，本文對新規(guī)范的調(diào)整做了系統(tǒng)的梳理，與舊規(guī)范做了對比分析，同時對使用新規(guī)范進行異形柱結構體系設計時引起的配筋量的變化及需要注意的事項進行梳理。并結合PKPM軟件V4.1版本對舊規(guī)程條文的實現(xiàn)做解讀，同時對新規(guī)程軟件的實現(xiàn)做了系統(tǒng)的梳理，供設計中參考。
適用范圍
新規(guī)程明確要求適用于非抗震和抗震設防烈度為6度，7度和8度抗震設計的一般居住建筑混凝土異形柱結構的設計及施工。舊規(guī)程的適用范圍不包括8度0.3g，即對于8度半地區(qū)異形柱規(guī)程是不能使用的。相比舊規(guī)程，新規(guī)程擴大了使用范圍，對于異形柱框架-剪力墻結構可以在8度0.3g使用，但是也僅限于I、II類場地，當然與舊規(guī)程相同的是8度區(qū)0.3g不允許使用異形柱框架結構體系。需要注意的是，按照《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》GB18306—2015，全國設防區(qū)域已經(jīng)全覆蓋，在國內(nèi)已經(jīng)不存在非抗震區(qū)，本規(guī)程中提到的非抗震相關的內(nèi)容在設計中已無意義。
最大適用高度和高寬比
新規(guī)范要求對非抗震區(qū)的異形柱框架結構與框架—剪力墻結構體系最大適用高度為28m、58m，相對舊規(guī)程中的最大適用高度24m、45m有了較大幅度的提高，最大適用高度對于框架—剪力墻結構做的提高更大。對于6度、7度0.1g、7度0.15g及8度0.2g的異形柱框架結構的最大適用高度分別為24m、21m、18m、12m，該最大適用高度與舊規(guī)程的要求完全一致。對于6度、7度0.1g、7度0.15g及8度0.2g、8度0.3g（僅I、II類場地土）的異形柱框剪結構的最大適用高度分別為55m、48m、40m、28m、21m，相對舊規(guī)程而言，增加了異形柱框剪在8度0.3g的使用，同時最大適用高度也做了不同程度的提高，也取消了對于平面和豎向均不規(guī)則的異形柱結構或者IV類場地上的異形柱結構最大適用高度適當降低的限制。
非抗震區(qū)的異形柱框架結構與框架—剪力墻結構體系最大高寬比為4.5、5，相對舊規(guī)程中的最大高寬比為2.5、5，對于框架最大高寬比有了較大幅度的提高，框剪最大高寬比保持不變。對于6度、7度0.1g、7度0.15g及8度0.2g的異形柱框架結構的最大高寬比為4、3.5、3、2.5，該最大高寬比與舊規(guī)程相比，對7度0.15g從2.5提高到3.5。對于6度、7度0.1g、7度0.15g及8度0.2g、8度0.3g（僅I、II類場地土）的異形柱剪架結構的最大高寬比分別為5、4.5、4、3.5、3，相對舊規(guī)程而言，增加了異形柱框剪在8度0.3g的高寬比，其他烈度下的框剪最大高寬比新舊規(guī)范保持一致。
根據(jù)框架傾覆力矩比例判斷結構設計方法
新規(guī)程增加了對于異形柱框剪結構根據(jù)規(guī)定的水平力作用下結構底層框架部分承受的傾覆力矩與結構總地震傾覆力矩的比值，確定結構的設計方法。這條是新規(guī)程相比舊規(guī)程增加的部分，新規(guī)程這條的要求與《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011
-2010（后續(xù)簡稱“抗規(guī)”）的要求一致。這導致對于異形柱框剪結構的設計與原設計方法有一定的區(qū)別，對于框架柱底層傾覆力矩大于結構底層地震總傾覆力矩80%時，按照框剪結構進行設計，但是對最大適用高度按照純框架要求采用，同時框架部分的如抗震等級及軸壓比等構造措施需要按照異形柱框架的要求執(zhí)行。
結構布置
新規(guī)程中增加了對于8度區(qū)0.3g現(xiàn)澆異形柱結構剪力墻最大間距要求為2倍樓蓋寬度與25m的較小值。其他非抗震、6度、7度0.1g、7度0.15g及8度0.2g對應的剪力墻最大間距分別為：min（4.5B，55m）、min（4.0B，50m）、min（3.5B，45m）、min（3.0B，40m）、min（2.5B，35m），B為樓蓋寬度。新舊規(guī)程相比，增加了對于8度0.3g的現(xiàn)澆異形柱結構剪力墻最大間距的要求，非抗震及其他抗震烈度下的要求新舊規(guī)范一致。對于裝配整體式結構，新規(guī)程僅僅要求在非抗震區(qū)適用，剪力墻最大間距為min（3.5B，45m），其他烈度下不允許使用，這與舊規(guī)范有很大的區(qū)別，舊規(guī)程中對于其他烈度下均可以使用裝配整體式。按照《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》GB18306—2015，全國范圍內(nèi)已無非抗震區(qū)，即裝配整體式異形柱框剪在以后的設計中不能使用。
新規(guī)程中要求對于抗震安全性和使用功能有較高要求的異形柱結構可采用隔震設計，隔震設計執(zhí)行相關抗震與隔震規(guī)范要求。隔震設計在舊規(guī)范中是沒有要求的，這是新增加的條文，隔震設計的要求與普通的框架、框剪結構要求一致。
新規(guī)程中增加了對于地下室頂板嵌固剛度比的要求及地下室頂板的構造要求，該要求同抗規(guī)及高規(guī)。
結構抗震等級
新規(guī)程中對于抗震等級的要求基本整體同舊規(guī)程，對比分析主要有以下幾點：
1、對于異形柱框架結構的抗震等級要求新舊規(guī)程完全一致。
2、新規(guī)程異形柱框剪結構增加了8度0.3g的抗震等級為一級，這個是新規(guī)程增加的，舊規(guī)程沒有該烈度下的結構。
3、異形柱框剪新規(guī)程中對于7度0.1g細分了高度劃分，分別為高度小于21m，剪力墻與框架抗震等級分別為三級與四級，這是新規(guī)程新增的內(nèi)容；高度大于21m小于30m，剪力墻與框架抗震等級分別為二級與三級，舊規(guī)程高度小于30m的異形柱框剪，剪力墻與框架抗震等級分別為二級與三級；高度大于30m，剪力墻與框架抗震等級均為二級；新舊規(guī)程要求一致。
4、異形柱框剪新規(guī)程中對于7度0.15g也根據(jù)高度進行了抗震等級的劃分，分別為高度小于18m，剪力墻與框架抗震等級分別為二級與四級，對于建造在III、IV類場地土的異形柱框剪，剪力墻與框架抗震等級分別為二級與三級，這是新規(guī)程新增的內(nèi)容。高度大于18m小于30m，剪力墻與框架抗震等級分別為二級與三級，對于建造在III、IV類場地土的異形柱框剪，剪力墻與框架抗震等級均為二級，舊規(guī)程高度小于30m的異形柱框剪，剪力墻與框架抗震等級分別為二級與三級，對于建造在III、IV類場地土的異形柱框剪，剪力墻與框架抗震等級均為二級，新舊規(guī)程要求一致。高度大于30m，剪力墻與框架抗震等級均為二級，對于建造在III、IV類場地土的異形柱框剪，剪力墻與框架抗震等級分別為一級和二級，新舊規(guī)程要求一致。
5、新規(guī)程對異形柱框剪8度0.2g也細分了高度劃分，分別為高度小于18m，剪力墻與框架抗震等級均為二級，這是新規(guī)程新增的內(nèi)容；對于高度大于18m小于28m，剪力墻與框架抗震等級分別為一級與二級，這與舊規(guī)程高度小于28m的抗震等級要求一致。
6、新規(guī)程取消了對于除6度以外的異形柱結構，建筑場地為I類時，抗震構造措施降低的要求。這對建造在較高烈度區(qū)I類場地的框架及框剪構造措施控制配筋時有一定的配筋量的提高。
結構分析
新規(guī)程增加了對于二階效應影響比較明顯的結構，需要按照《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2010要求考慮結構二階效應，這在舊規(guī)程中沒有要求，但是在設計中由于PKPM等軟件均提供了結構整體是否考慮二階效應的判斷，并且當需要計算時，程序都提供了選項讓設計師考慮重力二階效應。
變形控制
新規(guī)程對于彈性變形的控制與彈塑性變形的要求如下。
對于框架結構在風荷載、多遇地震作用下的結構彈性層間位移角限值為1/550，底層抽柱帶轉換層的異形柱框架在風荷載、多遇地震作用下的結構彈性層間位移角限值為1/650，舊規(guī)程框架結構及底層抽柱帶轉換層的異形柱框架的彈性層間位移角限值分別為：1/600、1/700，新規(guī)程對異形柱框架結構變形做了適當?shù)姆潘伞?/span>
對于異形柱框剪結構在風荷載、多遇地震作用下的結構彈性層間位移角限值為1/800，底層抽柱帶轉換層的異形柱框剪在風荷載、多遇地震作用下的結構彈性層間位移角限值為1/900，舊規(guī)程框剪結構及底層抽柱帶轉換層的異形柱框剪的彈性層間位移角限值分別為：1/850、1/950，新規(guī)程對異形柱框剪結構變形也做了適當放松。
框架結構及底層抽柱帶轉換層的異形柱框架在罕遇地震作用下的結構彈塑性層間位移角限值為1/50、1/60，舊規(guī)程對應的結構彈塑性層間位移角限值分別為：1/60、1/70，新規(guī)程對異形柱框架罕遇地震下的變形也做了放松控制。
框剪結構及底層抽柱帶轉換層的異形柱框剪在罕遇地震作用下的結構彈塑性層間位移角限值為1/110、1/120，舊規(guī)程對應的結構彈塑性層間位移角限值分別為：1/100、1/110，新規(guī)程對異形柱框剪結構罕遇地震下的變形也做了放松控制。
底層抽柱帶轉換層異形柱結構要求
新規(guī)程要求在進行抗震設計時，底層抽柱帶轉換層的異形柱結構，其轉換梁和轉換梁下的柱抗震等級需按照規(guī)程3.3.1條的相關規(guī)定提高一級采用。這是新規(guī)程新提出的要求，舊規(guī)程沒有這個提高。這個提高會導致相關的計算措施及構造措施提高，有可能導致用鋼量上升。
新規(guī)程對落地的框架柱及不落地的框架柱提出了新的要求。落地的框架柱應連續(xù)貫通其所在框架全高；不落地的框架柱應連續(xù)貫通其所在框架轉換層以上的所有樓層?？拐鹪O計時，底部抽柱數(shù)不宜超過轉換層相鄰上部樓層框架柱總數(shù)的80%，非抗震設計時，底部抽柱數(shù)不宜超過轉換層相鄰上部樓層框架柱總數(shù)的40%。這條要求在舊規(guī)范中是沒有的，新規(guī)范對于抽柱數(shù)量提出了嚴格的要求。
柱相關的調(diào)整
新規(guī)程區(qū)分了框架與框剪不同的抗震等級對應調(diào)整及構造措施不同，異形柱框架無一級抗震等級，但是異形柱框剪有一、二、三、四抗震等級，對應的調(diào)整做了細致區(qū)分。
1、強柱弱梁調(diào)整。新規(guī)程調(diào)整區(qū)分框架框剪不同的調(diào)整系數(shù)，修改為類似現(xiàn)行抗規(guī)、高規(guī)的執(zhí)行方式?？蚣芏⑷?、四級框架對應調(diào)整系數(shù)1.5，1.3，1.2，同普通結構對應抗震等級的調(diào)整系數(shù)?？蚣舻恼{(diào)整系數(shù)同抗規(guī)、高規(guī)上普通非框架結構的調(diào)整系數(shù)，一，二，三，四級對應框架柱調(diào)整系數(shù)1.4，1.2，1.1，1.1。需要區(qū)分結構類型采用不同的強柱弱梁調(diào)整系數(shù)。這個是與舊規(guī)程有很大區(qū)別的，舊規(guī)程是不區(qū)分結構體系的，這可能導致框架及框剪結構中框架柱強柱弱梁調(diào)整系數(shù)變大，組合彎矩變大，計算配筋變大。
2、純框架底層柱彎矩放大系數(shù)調(diào)整。新規(guī)程中的調(diào)整要求及系數(shù)同抗規(guī)、高規(guī)中對普通框架的要求，只是沒有一級抗震等級的調(diào)整?？拐鸬燃壎?，三，四級對應框架柱調(diào)整系數(shù)1.5，1.3，1.2。這個新舊規(guī)范的要求是一致的。
3、新規(guī)程對角柱調(diào)整同抗規(guī)、高規(guī)對于一般結構角柱的調(diào)整，各抗震等級的角柱，在有地震作用組合下的剪力、彎矩設計值按照調(diào)整后的值再乘以不小于1.1的增大系數(shù)。這個要求與舊規(guī)范要求也完全一致。
4、新規(guī)程與舊規(guī)程對于小偏心受拉的柱調(diào)整均沒有要求，但是按照抗規(guī)、高規(guī)中對于地震組合下的小偏心受拉的柱需要對柱內(nèi)縱筋總截面面積應比計算值增加25%。此要求雖然規(guī)范無要求，但是在PKPM軟件執(zhí)行過程中程序是執(zhí)行了該條要求，異形柱如果存在地震下小偏心受拉的柱程序會放大配筋25%。
5、強剪弱彎調(diào)整。新規(guī)范調(diào)整區(qū)分框架框剪不同的調(diào)整系數(shù)，修改為類似現(xiàn)行抗規(guī)、高規(guī)的執(zhí)行方式?？蚣芏?，三，四級對應系數(shù)1.3，1.2，1.1，同一般結構對應抗震等級的調(diào)整系數(shù)?？蚣舻恼{(diào)整系數(shù)同抗規(guī)、高規(guī)上普通非框架結構的調(diào)整系數(shù)，一，二，三，四級對應框架柱調(diào)整系數(shù)1.4，1.2，1.1，1.1。新規(guī)程與舊規(guī)程有較大區(qū)別的，舊規(guī)程是不區(qū)分結構體系的，這可能導致框架及框剪結構中框架柱強剪弱彎調(diào)整系數(shù)變大，尤其一級的框剪結構中框架柱，剪力放大系數(shù)1.4，舊規(guī)程中剪力放大系數(shù)最大為1.2。
節(jié)點核心區(qū)截面驗算及抗剪驗算
新規(guī)程異形柱節(jié)點核心區(qū)受剪的水平截面驗算，舊規(guī)范公式基本相同，但是在系數(shù)上稍微做了調(diào)整。
對于非抗震作用組合：
（1）
對于抗震作用組合：
（2）
上述公式中的具體系數(shù)可查看新規(guī)程。新規(guī)程較舊規(guī)程而言，引入了一個新的系數(shù)α，稱纖維增強系數(shù)，對于一般的節(jié)點核心區(qū)采用普通混凝土結構時，該系數(shù)取值為1。ξv在新規(guī)范中為正交肢影響系數(shù)，舊規(guī)范中該系數(shù)為翼緣影響系數(shù)ξf，新舊規(guī)范該系數(shù)取值有一定的區(qū)別。公式調(diào)整放松了節(jié)點核心區(qū)水平截面的驗算要求。
新規(guī)范對框架節(jié)點核心區(qū)組合剪力設計值的調(diào)整新舊規(guī)范有別。調(diào)整系數(shù)在舊規(guī)范二，三，四級對應框架柱調(diào)整系數(shù)1.2，1.1，1.0，新規(guī)范修改為區(qū)分結構類型并且調(diào)整系數(shù)也不同?？蚣芏?，三，四級框架對應系數(shù)分別1.35，1.2，1.0。框剪結構一，二，三，四級對應框架柱調(diào)整系數(shù)為1.35，1.2，1.1，1.0。新規(guī)范修改的調(diào)整系數(shù)同抗規(guī)、高規(guī)對一般結構的剪力設計值調(diào)整。調(diào)整系數(shù)的不同，導致節(jié)點核心區(qū)組合剪力設計值對一級有較大變化。
構造方面的調(diào)整
新規(guī)程對構造方面由于一級抗震等級的增加而有所區(qū)別，新舊規(guī)程的對比主要有以下幾點。
1、異形柱軸壓比限值控制。新規(guī)程相比舊規(guī)程而言，框剪結構有一級抗震等級要求，其對應的軸壓比限值為：I形及Z形0.4，T形0.45，十字形0.5。另外對特殊情況下軸壓比限值的增大及降低新規(guī)程增加了幾種特殊的要求。比如對于縱向鋼筋采用500MPa級鋼筋時，軸壓比限值按照規(guī)范表中的要求降低0.05。
2、異形柱最小配筋率的控制。新舊規(guī)程不同之處在于新規(guī)程區(qū)分了不同的結構類型中框架柱最小配筋率的不同，同時增加了一級抗震等級柱最小配筋率的控制，另外最小配筋率限值也做了修改。采用400Mpa鋼筋最小配筋率按照規(guī)范限值減小0.05，舊規(guī)程減小0.1。新規(guī)程對于非抗震的邊柱和中柱最小配筋率做了適當?shù)姆潘?，由原來?.8% 放松到0.6%。對于特殊情況下的處理，新規(guī)程要求最小配筋率適當增加。新規(guī)程還要求控制異形柱中每一段墻肢的最小配筋率為0.2% 或0.4%。二級抗震等級的異形柱框架結構中框架柱構造最小配筋由舊規(guī)程的0.8%提高到0.9%，有一定的提高。
3、新規(guī)程對柱加密區(qū)箍筋體積配箍率的要求增加了一級的要求，舊規(guī)范只有二，三，四級，新規(guī)范對于一級加密區(qū)箍筋體積配箍率不應小于1.0%。其他抗震等級的要求同舊規(guī)程。
4、異形柱箍筋加密區(qū)的最大間距和最小直徑的構造要求。較舊規(guī)程而言，新規(guī)程中增加了對于一級抗震等級的要求，要求一級抗震等級的箍筋最小直徑為10mm，箍筋最大間距為min（5d，100mm），其中d為縱向受力鋼筋的最小直徑。其他抗震等級對應的要求同舊規(guī)程。
5、新規(guī)程要求對一二級抗震等級的房屋角部異形柱以及地震區(qū)樓梯間，異形柱肢端（轉角處）應設置暗柱，并對暗柱設置的形式和尺寸提出了相關要求，同時對暗柱的附加縱筋與箍筋也有要求。這是舊規(guī)程沒有的。
6、新規(guī)程對于Z形柱節(jié)點核心區(qū)腹板構造提出了相關規(guī)定。節(jié)點核心區(qū)腹板應在框架梁高范圍內(nèi)配置水平箍筋，其直徑和間距與核心區(qū)翼緣箍筋相同，且當腹板方向無梁時，應在核心區(qū)腹板水平箍筋內(nèi)側設置暗梁，并對暗梁的最小配筋提出相關要求。這也是新規(guī)程不同于舊規(guī)程的內(nèi)容，在舊規(guī)程中無相關要求。
結論及建議
本文通過新舊異形柱結構技術規(guī)程的對比，系統(tǒng)梳理新規(guī)程的變化，對適用范圍、內(nèi)力調(diào)整、構造等細化，內(nèi)力調(diào)整同現(xiàn)行抗規(guī)、高規(guī)做了對比分析，同時對與舊規(guī)程相似部分也進行了闡述，對設計上引起的內(nèi)力、配筋變化也做了介紹，供設計師在設計中參考。另外，對新規(guī)范引起的改動，PKPM軟件正在程序中實現(xiàn)對于新規(guī)程的要求，供設計師方便、便捷、準確按照規(guī)范進行異形柱結構的設計。
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