高层建筑抗震设计中短柱的处理

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引言

建筑物的层高一定时，为提升其延性，通常会选择减少其轴压比，轴压比的减小又会增加柱截面，进而减小了柱的剪跨比，使其延性受到影响。因而，在高层建筑中，为使轴压比的限值满足相关要求，通常柱的截面都较大，而使建筑结构的底部出现短柱问题。另一方面，荷载大而楼层低的建筑物设计中也会产生短柱问题。而短柱其延性较差超短柱更甚，一旦地震发生，很容易形成剪切破坏，而使得结构出现破坏甚至坍塌，建筑物的使用功能满足不了实际需求。基于此，对高层建筑抗震设计中的短柱问题进行分析，并探讨解决短柱问题的相应对策，便具有十分重要的现实意义，本文对此展开介绍，以期能够为相关人员提供有参考价值的建议。

1短柱的判断方法

根据我国相关规范指出，短柱为柱净髙和截面高度的比值不大与4的柱，技术人员也多以此来判断是否为短柱。然而，值得注意的是，由于柱剪跨比才是判定短柱的具体参数，只有当剪跨比不大于2时，才为短柱，而当柱净髙和截面髙度的比值满足要求时，剪跨比也不一定不大于2，也即不能肯定一定是短柱，而按照柱净髙和截面高度的比值不大于4进行短柱的判定时，其依据主要有两个方面，一是剪跨比不大于2，二是由于框架柱的反弯点通常距离柱中点较近，但，髙层建筑其梁柱的通常较小，尤其是对于底部来说，柱底嵌固对其造成了一定的影响，同时梁对柱所形成的约束弯距也不大，反弯点其髙度要远远髙出柱髙的一半，某些情况下，甚至不存在反弯点，对于这种情形，用柱净髙和截面髙度的比值不大于4进行短柱的判定，就不再适合，此时，应以剪跨比作为短柱的判定依据。当框架柱其反弯点没有位于柱中点时，柱子上下截面就具有不一样的弯矩值，因而，框架柱其上下截面也就具有不同的剪跨比。对于该种情况，该如何进行短柱的判定呢？笔者认为，框架柱上下截面的剪跨比最大的应作为短柱的判定依据，这是由于，框架柱其受力特性可等同于轴压力一定的连续梁，柱高等同子连续梁剪跨。根据相关研究成果表明，当连续梁的剪跨不变时，且其上下截面的钢筋配置也相一致时，弯矩大的区域发生剪切破坏的可能性也大，对于框架柱来说，其弯矩大的区域也较容易出现临界斜裂缝。实际上，在柱髙或是连续梁的剪跨区间内，弯矩大的区域通常其剪跨比也最大。而钢筋混凝土其抗剪力随着剪跨比的增大而减小，在承受荷载时，一旦出现剪切破坏，其发生的区域一定是弯矩大的地方。而可能出现剪切破坏的截面剪跨比自然应是作为短柱判定依据的剪跨比。一般来说，对于髙层建筑其底部楼层而言，框架柱其反弯点相对偏上，也即柱上截面的弯矩值小于下截面的弯矩值，对于该种情况，短柱的判定可以下截面的剪跨比不大于2或是n层柱其净高和截面高度的比值不大于2与n层柱其反弯点高度比的比值为依据，而后者具有通用性。当进行框架柱是否属于短柱的初步判定时，可先通过D值法将柱的反弯点髙度比确定下来，然后再根据短后者短柱判定依据进行判断，对于施工图纸的设计阶段而言，可结合验算结果进一步的进行判定。

2解决高层建筑抗震设计中短柱问题的几点建议

在根据剪跨比对框架柱是否属于短柱进行判定后，根据普通框架柱其相关抗震要求，只需采取一定的构造措施。而当确定框架柱为短柱后，应尽可能的使短柱具有较好的承载力，减小其截面尺寸，并采取一定的措施使短柱具有较好的延展性，进而提髙短柱的抗震能力。

2．1复合螺旋箍筋

对于高层建筑而言，其框架柱抗剪力应符合弱弯强剪以及剪压比的限值要求，而柱端其抗弯力应符合弱梁强柱的要求，短柱在满足弱弯强剪和弱梁强柱的双重要求下，是可以避免剪切破坏的发生的。因而，复合螺旋箍筋能够使柱的抗剪力得到提升，并使对混凝土的制约作用得到改善，以增强短柱的抗震能力。

2．2分体柱

相交于短柱的抗剪力而言，其抗弯性能更好。然而，地震所造成的破坏多是剪切破坏，因而，短柱的抗弯性能也就无法充分的得到发挥。基于此，可适当的将短柱其抗弯强度人为的加以削弱，使短柱的抗弯强度比其抗剪强度略低些，当地震发生时，柱子的抗弯强度首先达到，从而表现为延性破坏。．在进行短柱抗弯强度的削弱时，可采取的人为方法有，沿竖向在柱中设缝，将短柱分成分体柱，分体柱可由2个或是4个柱肢组成，并分别进行分体柱柱肢的配筋，还可将部分连接键设置于柱肢间，以使其初期刚度得以增强，并增大其后期的耗能力。一般来说，连接键的形式包括通缝、素砼连接键、预制分割板等。由分体柱的相关理论和试验结果表明，分体柱方法虽然并没有怎么改变柱的抗剪力，只是稍微降低了柱的抗弯力，然而，柱的延展性和变形力均有明显的提升，柱的破坏也由剪切破坏转变为弯曲破坏，实现了短柱变“长”的构想，使短柱的抗震性能得到提升，尤其是剪跨比不大于1．5的超短柱，且该种方法在工程的实际建设中也己经在应用。

2．3钢骨砼柱

钢骨及外包砼一起构成钢骨砼柱，钢骨截面通常为焊接拼制钢板而成的或是直接扎成的十字形、口字形、工字形等。相较于钢结构而言，钢骨砼柱其外包轮能够起到避免钢构件出现局部扭曲变形的问题，使柱的刚度得到提升，钢构件平面的扭转弯曲力得到明显的改善，充分发挥出钢材强度的作用。钢骨砼结构的有效利用，相较于普通钢结构而言，其节约了将近一半以上的钢材。另外，外包轮还使结构具有更好的耐久耐火能力。相较于钢筋砼结构来说，因钢骨轮有钢骨的作用，其承载力得到了极大的提升，柱的截面尺寸被有效地降低，钢骨的边缘和箍筋很好的约束了砼，增强了其延展性，且由于钢骨塑性较好，柱子的延性和耗能力得到了有效的提髙。因钢骨轮柱兼具钢和砼的特性，其截面尺寸较小，重量轻，延展性好，技术指标和经济指标优越等，若能将钢骨砼柱应用于高层或超高层其钢筋砼下方一定位置处，将会使柱截面尺寸大大的被减小，而使高层建筑的抗震性能得到显著的提升。

3结语

由于短柱的延性差，当发生地震时，很容易形成剪切破坏，而使建筑结构受到损害，严重的甚至会出现坍塌，影响了建筑物功能的发挥。解决高层建筑结构设计种的短柱问题是十分必要的，而解决短柱问题的前提就是对短柱进行准确的判定，本文提出了短柱判定的相关依据，以供参考。为解决短柱问题，笔者认为应有效应用复合螺旋箍筋、分体柱、钢骨砼柱等方法，以使高层建筑结构中存在的短柱其延性得到改善和增强，确保建筑结构的稳定性，增强高层建筑的抗震性能，进而充分发挥出高层建筑的使用功能，促进我国建筑行业实现更好更快的发展。

作者：夏奎 单位：重庆源道建筑规划设计有限公司