短柱的抗震設計

1、<p><b>　　短柱的抗震設計</b></p><p>　　摘要:5.12汶川地震還歷歷在目，如今的雅安地震又再次降臨中華大地，讓我們對建筑的杭震設計更加關注。而在對受災區(qū)域建筑進行調查，發(fā)現(xiàn)由于房屋中的短柱而產生的破壞極為普遍。解決建筑中短柱問題，是提高建筑杭震性能的必不可少的環(huán)節(jié)。 </p><p>　　關鍵詞:短柱設計、抗震、驗算 </p&g

2、t;<p>　　中圖分類號：S611文獻標識碼： A </p><p>　　對于結構工程中構件的抗震設計，《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2010)、《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2010)及《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》(JGJ3-2010)等相關規(guī)范、規(guī)程都有一些基本的設計要求，但不同規(guī)范、規(guī)程對此類構件的一些具體的界定還不盡相同，下面結合設計中的體會來談談短柱的抗震設計。 &l

3、t;/p><p>　　一、短柱的抗震設計 </p><p>　　為滿足地震作用下的墻身剪壓比要求，而豎向分隔的方法同時也會帶來另一個問題:因墻身分隔可能會有短肢墻(hw/bw=5~8)甚至柱(hw/bw<5)的出現(xiàn)這種情況下，短肢墻的抗震等級要提高一級，而按短肢墻的截面幾何特點，一般會將其作為全截面暗柱處理，故而短肢墻的配筋量較一般墻身而言，會大大增加(可為一般墻身的4倍左右)，這在《高

4、層建筑混凝土結構技術規(guī)程》中的7.1.2-6條已有明確要求，而在部分框支抗震墻結構的在框支層中的底部加強部位的落地抗震墻，按上述方法分隔而來的柱，因其還處于薄弱層，按照抗震概念設計思想，須要作加強處理(如抗震等級提高一級，箍筋全高加密等)。 </p><p>　　二、短柱的正確判定 </p><p>　　由于使用功能或建筑的布置要求，短柱通常出現(xiàn)在錯層房屋、車庫坡道、房屋的豎向不太規(guī)則的結

5、構；當然，還有因在柱兩側砌體填充墻上緊貼柱開洞而形成的短柱—這一點還未引起一些結構設計人員的重視，很多震害表明:因填充墻形成的短柱，在地震作用下常常因其發(fā)生脆性的剪切破壞，而導致結構的破壞，甚至倒塌，因此正確判定短柱尤為重要。 </p><p>　　《建筑抗震設計規(guī)范》規(guī)定柱的凈高與截面高度的比值不大于4即為短柱。而包括工程技術人員在內的很多人都以此作為判定短柱的依據，但實質上是不是短柱取決于參數柱的剪跨比A，當

6、參數A =M/Vh小于2時，此柱才能被判定為短柱，而當柱的凈高H與截面高h之比H/h小于4時，參數A并不小于2，而這種柱是不能被判定為短柱的。因而可以說《建筑抗震設計規(guī)范》中對短柱的規(guī)定是具局限性的。介于此，當我們依照H/h小于4來對短柱進行判定時，要遵循如下兩點:(1)A=M/Vh小于2；(2)由于框架柱反彎點大多都是靠近柱中點處的，于是我們取M=0.5 VH時， A=M/Vh=0.5 VH/Vh=0.5H/h 小于2，得出H/h小于

7、4。但建筑的梁和柱的剛度相對較弱，特別是基部的幾層，由于柱底部都是被嵌固的加上梁柱間的約束力，使得彎矩很小，反彎點一般都出現(xiàn)在柱中部以上，有的沒有彎點出現(xiàn)的現(xiàn)象都存在，對于類似這種情況，用H/h小于4來判定短柱就不合適，此時需按短柱的力學定義，即用公式(1)來判定。 </p><p>　　當框架柱的中點不是反彎點時，柱子上截面與下截面的彎矩值大小是不同的，即為Mt 不等于Mb，這樣來，上下截面的剪跨比值也是不同的

8、，即At = Mt/Vh 不等于 Ah = Mb/Vh。通常情況下，高層建筑的基部幾層框架柱的反彎點是偏上部的，即Mb > Mt。這種情況可依據式(1)A=M/Vh＜2或式(2)Hn/h＜2/vn對短柱加以判定，式(2)中，vn為n層柱的反彎點高度比，由幾何關系可得，vn=1/(1+1Y)，其中1Y=Mt/Mb，0＜1Y＜1，Hn為n層柱的凈高，式(2)具通用性，當中點是反彎點時:1Y=1，vn=0.5，式(2)為Hn/h＜4，當

9、反彎點偏上，在柱上端截面時，1Y=0，vn=1，式(2)為Hn/h＜2，當沒有反彎點時，就依據最大彎矩作用截面的剪跨比A =M/Vh＜2加以判定是否屬于短柱。只是簡單進行初步判斷時，可用D值法確定vn值，然后用(2)式加以判定，而在施工圖的設計時，可以用計算結果做判斷依據。 </p><p>　　三、提高高層建筑中短柱的抗震性能的措施 </p><p>　　依據參數判定框架柱不是短柱時，可

10、依照常規(guī)的抗震要求加以處理，而被確為短柱時就需要采取一定的措施以提高短柱的延性和承載力，增強抗震能力。 </p><p>　　1、運用復合螺旋箍筋 </p><p>　　與短柱的抗震能力和延性差相比，對非短柱的抗震設計一般都是讓框柱的抗剪力符合剪壓比限制，并達到強剪弱彎的要求，而讓柱端的承載力符合強柱弱梁的要求，那么照此類推，我們只要使短柱同時符合強剪弱彎與強柱弱梁的，便可達到讓短柱不受剪

11、切破壞的目標。當我們使用復合螺旋箍筋時能大大提高柱子的抗剪承載力，在一定程度上改善對柱的約束力，便可進一步提高短柱的抗震性能。 </p><p><b>　　2、運用分體柱 </b></p><p>　　實際短柱的抗彎承載力是遠大于它的抗剪承載力的，但通常在地震中短柱總是由于剪裁的破壞而不能重復發(fā)揮抗彎功能。因而，我們可以故意設計成短柱的抗彎度與其抗剪度相應或更低，如

12、此來，當受到地震作用時，短柱的抗彎強度會先起作用，從而出現(xiàn)延性的破壞現(xiàn)象。一般是通過在柱中豎向設縫的方式達到這種故意削弱抗彎強度的效果，一般在柱縫中設2個或者4個柱肢構成的分體柱，并分開配筋各柱肢。而柱肢間通常通過設置連接鍵來加強整個短柱的前期剛度與后期耗力。連接鍵有素硅連接鍵、頂制分隔板、通縫以及頂應力摩擦阻尼器等形式。這種分體柱的試驗和理論分析均表明，在這種情況下，雖然削弱短柱的抗彎承載力，而剪裁承載力又不變，但整個柱的變形力與延性

13、都有明顯有的提高，其受破壞時呈現(xiàn)與常柱類似的反應，這種處理方式特別對超短柱的抗震力的改善甚為顯著，因而在如今的施工設計中已經有所應用。 </p><p><b>　　3、運用鋼骨硅柱 </b></p><p>　　鋼骨硅柱顧名思義，由鋼骨·以及包在外部的硅組成的柱。鋼骨一般有十字、工字和口字形截面，可直接扎制或由鋼板焊接而成。于普通的鋼結構不同之處在于鋼骨硅

14、柱的包在外部的硅具有抗曲能力，可增強柱的剛度，將鋼構件的出平面扭轉曲性能得到大大提高，比普通的鋼結構更能發(fā)揮出鋼材所具有的剛度與強度，使用鋼骨硅結構可節(jié)約一半的鋼材料。 </p><p><b>　　4、運用鋼管硅柱 </b></p><p>　　鋼管硅是由薄壁鋼管與鋼管內的填充物硅組合而成的材料，屬于套箍硅的一種。這種材料由于管內的硅多處受力，而使得鋼管硅有較高的抗

15、壓力與極限壓變力，而鋼管硅的延展性也得到了提高。鋼管不單是縱筋同時也屬橫向箍筋，它的管徑和管壁厚度比值最少都在九十以下，即意味著配筋率最少也是4.6%以上，是遠高于抗震規(guī)范里對鋼筋硅柱最低配筋率值的。因而采用鋼管硅柱，可使短柱縱使受到高軸壓比時，仍可轉化成塑性變形的壓鉸，進而避免受壓區(qū)先被破壞的情況出現(xiàn)，同時也不會有鋼柱受壓后失穩(wěn)的問題。由此我們也可知，運用鋼管硅柱時對于其控制截面的轉動力方面，通常是不需要設限軸壓比限值的。 </

16、p><p>　　總之，汶川地震、雅安地震等接連的地震災害以及嚴重的受災情況，足以讓我們開始重視建筑的抗震設計。而通過調查與本文也可看出，一般不宜用H/ho＜4來對短柱加以判定，我們應以剪跨比A = M/Vh＜2更合適。由于短柱的延性差特性，我們在進行設計時盡量避免出現(xiàn)短柱，對于實在無法避免的，應先給予判定后再進行合適的抗震處理。設計人員應結合實際情況，選用最經濟、最有效的措施來提高短柱的抗震性能，進而提高建筑的安全性

17、。 </p><p><b>　　參考文獻: </b></p><p>　　[1].中華人民共和國國家標準 建筑抗震設計規(guī)范.GB50011-2010.北京:中國建筑工業(yè)出版社.2010. </p><p>　　[2].中華人民共和國行業(yè)標準 高層建筑混凝土結構技術規(guī)程.JGJ3-2010.北京:中國建筑工業(yè)出版社.2010. </p&g