D1.F.5.6 2014年之前规范中的柱设计

在STAAD.Pro中，根据ACI规范进行柱设计，考虑轴向力以及单轴和双轴弯矩。检查所有有效荷载以计算配筋。产生最大配筋量的荷载称为临界荷载。柱设计适用于方形、矩形和圆形截面。对于矩形和圆形截面，配筋始终假定在所有面上均匀分布。这意味着这些截面的总钢筋数始终是四（4）的倍数。如果指定了MMAG参数，柱弯矩将乘以MMAG值以获得柱的极限弯矩。由于ACI规范不再要求满足任何最小偏心条件，因此不进行此类检查。

使用方法

Bresler荷载等值线法

已知值

Pu, Muy, Muz, B, D, 净保护层, Fc, Fy

混凝土极限应变：0.003

涉及步骤

  1. 假设一些配筋。最小配筋率（1%）是一个良好的起始值。
  2. 为假设的配筋找到近似的钢筋布置。
  3. 计算PNMAX = 0.85 Po，其中Po是截面的最大轴向承载能力。确保柱上的实际名义荷载不超过PNMAX。如果PNMAX小于Pu/PHI（PHI是强度折减系数），则增加配筋并重复步骤2和3。如果配筋率超过8%，则无法在当前尺寸下设计该柱。
  4. 对于假设的配筋、钢筋布置和轴向荷载，分别找出柱在Y轴和Z轴上的单轴弯矩承载能力。这些值分别称为MYCAP和MZCAP。
  5. 求解相互作用方程：

    where

    α
    =
    ACI 318 2011、2008、2005和2002中使用的ALPHA参数。有关详细信息，请参阅D1.F.3.1 ACI 318-2011 设计参数或D1.F.3.2 ACI 318-2011 前设计参数。

    如果柱承受单轴弯矩，则选择α为1.0。

  6. 如果相互作用方程满足，则使用可用的钢筋尺寸找到布置，找出单轴承载能力并再次求解相互作用方程。如果方程现在满足，则将配筋细节写入输出文件。
  7. 如果相互作用方程不满足，则增加假设的配筋（确保不超过8%）并重复步骤2至6。
  8. 为控制裂缝，最靠近拉力侧的配筋最大间距由

    其中fs单位为psi，允许取为(2/3) fy，而不是ACI 318-02中的60% fy。

  9. 第10.9.3节已修改，允许使用指定屈服强度高达100,000 psi的螺旋配筋。对于fyt大于60,000 psi的螺旋，只能使用机械或焊接接头。

柱相互作用

可以通过使用柱构件的设计参数TRACK 1.0或TRACK 2.0来获取柱相互作用值。如果TRACK参数使用值2.0，则会打印12个不同的Pn-Mn对，每个代表Pn-Mn曲线上的一个不同点。这些点中的每一个代表该柱在给定轴线上能够承受的几种Pn-Mn组合之一，针对柱实际设计的配筋。对于圆形柱，这些值适用于任何径向轴。TRACK 1.0输出的打印值包括：

P0
柱的最大纯轴向承载能力（零弯矩）。
Pnmax
柱上最大允许轴向荷载（ACI 318第10.3.5节）。
P-bal
平衡应变条件下的轴向承载能力。
M-bal
平衡应变条件下的单轴弯矩承载能力。
e-bal
M-bal / P-bal = 平衡应变条件下的偏心距。
M0
零轴向荷载下的弯矩承载能力。
P-tens
柱上最大允许拉力荷载。
Des. Pn
Pu/PHI，其中PHI是强度折减系数，Pu是临界荷载工况的轴向荷载。
Des. Mn
Mu×MMAG/PHI，其中PHI是强度折减系数，Mu是临界荷载工况相应轴线的弯矩。

对于圆形柱，

where

h
=
柱的长度

示例

根据ACI 318-2005规范的柱设计 

UNIT KIP INCH
START CONCRETE DESIGN
CODE ACI 2005
FYMAIN 58 ALL
MAXMAIN 10 ALL
CLB 2.5 ALL
DESIGN COLUMN 23 25
END CONCRETE DESIGN

示例

根据ACI 318-2002规范的柱设计 

UNIT KIP INCH
START CONCRETE DESIGN
CODE ACI 2002
FYMAIN 58 ALL
MAXMAIN 10 ALL
CLB 2.5 ALL
DESIGN COLUMN 23 25
END CONCRETE DESIGN

示例

根据ACI 318-1999规范的柱设计 

UNIT KIP INCH
START CONCRETE DESIGN
CODE ACI 1999
FYMAIN 58 ALL
MAXMAIN 10 ALL
CLB 2.5 ALL
DESIGN COLUMN 23 25
END CONCRETE DESIGN

柱设计输出

示例说明了柱设计输出的不同级别。以下输出是在没有任何TRACK定义（即使用默认TRACK 0.0）的情况下生成的： 

   ====================================================================

        COLUMN  NO.     5  DESIGN PER ACI 318-05 - AXIAL + BENDING

   FY - 60000  FC - 4000 PSI,  SQRE SIZE - 12.00 X 12.00 INCHES, TIED
           AREA OF STEEL REQUIRED =   7.589  SQ. IN.

   BAR CONFIGURATION       REINF PCT.   LOAD   LOCATION   PHI
   ----------------------------------------------------------

     8 - NUMBER  9           5.556        2      STA     0.650
   (PROVIDE EQUAL NUMBER OF BARS ON EACH FACE)
   TIE BAR NUMBER    4 SPACING   8.00 IN

TRACK 1.0生成以下额外输出： 

       COLUMN INTERACTION: MOMENT ABOUT Z -AXIS (KIP-FT)

    --------------------------------------------------------
      P0        Pn max    P-bal.    M-bal.   e-bal.(inch)
     942.40    753.92    179.59    170.75   11.41
       M0       P-tens.   Des.Pn    Des.Mn     e/h
     148.52   -480.00    350.15     10.47    0.00249
    --------------------------------------------------------

       COLUMN INTERACTION: MOMENT ABOUT Y -AXIS (KIP-FT)

    --------------------------------------------------------
      P0        Pn max    P-bal.    M-bal.   e-bal.(inch)
     942.40    753.92    179.59    170.75   11.41
       M0       P-tens.   Des.Pn    Des.Mn     e/h
     148.52   -480.00    350.15    136.51    0.03249
    --------------------------------------------------------

TRACK 2.0生成以下输出，除上述示例外： 

                            Pn       Mn       Pn       Mn    (@ Z )
            |              695.93    77.23   347.96   148.53
         P0 |*             637.93    93.16   289.97   157.71
            | *            579.94   107.06   231.98   164.41
      Pn,max|__*           521.94   118.23   173.98   170.18
            |   *          463.95   129.01   115.99   163.66
      Pn    |    *         405.96   139.03    57.99   156.37
     NOMINAL|     *         Pn       Mn       Pn       Mn    (@ Y )
       AXIAL|      *       695.93    77.23   347.96   148.53
 COMPRESSION|       *      637.93    93.16   289.97   157.71
          Pb|-------*Mb    579.94   107.06   231.98   164.41
            |      *       521.94   118.23   173.98   170.18
 ___________|____*_______  463.95   129.01   115.99   163.66
            |  * M0   Mn,  405.96   139.03    57.99   156.37
            | *   BENDING
      P-tens|*     MOMENT
            |