短柱的抗震設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　短柱的抗震設(shè)計(jì)</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(duì)建筑的杭震設(shè)計(jì)更加關(guān)注。而在對(duì)受災(zāi)區(qū)域建筑進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)由于房屋中的短柱而產(chǎn)生的破壞極為普遍。解決建筑中短柱問(wèn)題，是提高建筑杭震性能的必不可少的環(huán)節(jié)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞:短柱設(shè)計(jì)、抗震、驗(yàn)算 </p&g

2、t;<p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　對(duì)于結(jié)構(gòu)工程中構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2010)等相關(guān)規(guī)范、規(guī)程都有一些基本的設(shè)計(jì)要求，但不同規(guī)范、規(guī)程對(duì)此類(lèi)構(gòu)件的一些具體的界定還不盡相同，下面結(jié)合設(shè)計(jì)中的體會(huì)來(lái)談?wù)劧讨目拐鹪O(shè)計(jì)。 &l

3、t;/p><p>　　一、短柱的抗震設(shè)計(jì) </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(shí)也會(huì)帶來(lái)另一個(gè)問(wèn)題:因墻身分隔可能會(huì)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(jí)要提高一級(jí)，而按短肢墻的截面幾何特點(diǎn)，一般會(huì)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(huì)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(jié)構(gòu)技術(shù)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(jié)構(gòu)的在框支層中的底部加強(qiáng)部位的落地抗震墻，按上述方法分隔而來(lái)的柱，因其還處于薄弱層，按照抗震概念設(shè)計(jì)思想，須要作加強(qiáng)處理(如抗震等級(jí)提高一級(jí)，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(cuò)層房屋、車(chē)庫(kù)坡道、房屋的豎向不太規(guī)則的結(jié)

5、構(gòu)；當(dāng)然，還有因在柱兩側(cè)砌體填充墻上緊貼柱開(kāi)洞而形成的短柱—這一點(diǎn)還未引起一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dǎo)致結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)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(shù)人員在內(nèi)的很多人都以此作為判定短柱的依據(jù)，但實(shí)質(zhì)上是不是短柱取決于參數(shù)柱的剪跨比A，當(dāng)

6、參數(shù)A =M/Vh小于2時(shí)，此柱才能被判定為短柱，而當(dāng)柱的凈高H與截面高h(yuǎn)之比H/h小于4時(shí)，參數(shù)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(shuō)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)短柱的規(guī)定是具局限性的。介于此，當(dāng)我們依照H/h小于4來(lái)對(duì)短柱進(jìn)行判定時(shí)，要遵循如下兩點(diǎn):(1)A=M/Vh小于2；(2)由于框架柱反彎點(diǎn)大多都是靠近柱中點(diǎn)處的，于是我們?nèi)=0.5 VH時(shí)， 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(duì)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(diǎn)一般都出現(xiàn)在柱中部以上，有的沒(méi)有彎點(diǎn)出現(xiàn)的現(xiàn)象都存在，對(duì)于類(lèi)似這種情況，用H/h小于4來(lái)判定短柱就不合適，此時(shí)需按短柱的力學(xué)定義，即用公式(1)來(lái)判定。 </p><p>　　當(dāng)框架柱的中點(diǎn)不是反彎點(diǎn)時(shí)，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(lái)，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(diǎn)是偏上部的，即Mb > Mt。這種情況可依據(jù)式(1)A=M/Vh＜2或式(2)Hn/h＜2/vn對(duì)短柱加以判定，式(2)中，vn為n層柱的反彎點(diǎn)高度比，由幾何關(guān)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(dāng)中點(diǎn)是反彎點(diǎn)時(shí):1Y=1，vn=0.5，式(2)為Hn/h＜4，當(dāng)

9、反彎點(diǎn)偏上，在柱上端截面時(shí)，1Y=0，vn=1，式(2)為Hn/h＜2，當(dāng)沒(méi)有反彎點(diǎn)時(shí)，就依據(jù)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(jiǎn)單進(jìn)行初步判斷時(shí)，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(shè)計(jì)時(shí)，可以用計(jì)算結(jié)果做判斷依據(jù)。 </p><p>　　三、提高高層建筑中短柱的抗震性能的措施 </p><p>　　依據(jù)參數(shù)判定框架柱不是短柱時(shí)，可

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

11、切破壞的目標(biāo)。當(dāng)我們使用復(fù)合螺旋箍筋時(shí)能大大提高柱子的抗剪承載力，在一定程度上改善對(duì)柱的約束力，便可進(jìn)一步提高短柱的抗震性能。 </p><p><b>　　2、運(yùn)用分體柱 </b></p><p>　　實(shí)際短柱的抗彎承載力是遠(yuǎn)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(fù)發(fā)揮抗彎功能。因而，我們可以故意設(shè)計(jì)成短柱的抗彎度與其抗剪度相應(yīng)或更低，如

12、此來(lái)，當(dāng)受到地震作用時(shí)，短柱的抗彎強(qiáng)度會(huì)先起作用，從而出現(xiàn)延性的破壞現(xiàn)象。一般是通過(guò)在柱中豎向設(shè)縫的方式達(dá)到這種故意削弱抗彎強(qiáng)度的效果，一般在柱縫中設(shè)2個(gè)或者4個(gè)柱肢構(gòu)成的分體柱，并分開(kāi)配筋各柱肢。而柱肢間通常通過(guò)設(shè)置連接鍵來(lái)加強(qiáng)整個(gè)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(yīng)力摩擦阻尼器等形式。這種分體柱的試驗(yàn)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(gè)柱的變形力與延性

13、都有明顯有的提高，其受破壞時(shí)呈現(xiàn)與常柱類(lèi)似的反應(yīng)，這種處理方式特別對(duì)超短柱的抗震力的改善甚為顯著，因而在如今的施工設(shè)計(jì)中已經(jīng)有所應(yīng)用。 </p><p><b>　　3、運(yùn)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(jié)構(gòu)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(qiáng)柱的剛度，將鋼構(gòu)件的出平面扭轉(zhuǎn)曲性能得到大大提高，比普通的鋼結(jié)構(gòu)更能發(fā)揮出鋼材所具有的剛度與強(qiáng)度，使用鋼骨硅結(jié)構(gòu)可節(jié)約一半的鋼材料。 </p><p><b>　　4、運(yùn)用鋼管硅柱 </b></p><p>　　鋼管硅是由薄壁鋼管與鋼管內(nèi)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(nèi)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(shí)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(yuǎn)高于抗震規(guī)范里對(duì)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(shí)，仍可轉(zhuǎn)化成塑性變形的壓鉸，進(jìn)而避免受壓區(qū)先被破壞的情況出現(xiàn)，同時(shí)也不會(huì)有鋼柱受壓后失穩(wěn)的問(wèn)題。由此我們也可知，運(yùn)用鋼管硅柱時(shí)對(duì)于其控制截面的轉(zhuǎn)動(dòng)力方面，通常是不需要設(shè)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(zāi)害以及嚴(yán)重的受災(zāi)情況，足以讓我們開(kāi)始重視建筑的抗震設(shè)計(jì)。而通過(guò)調(diào)查與本文也可看出，一般不宜用H/ho＜4來(lái)對(duì)短柱加以判定，我們應(yīng)以剪跨比A = M/Vh＜2更合適。由于短柱的延性差特性，我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免出現(xiàn)短柱，對(duì)于實(shí)在無(wú)法避免的，應(yīng)先給予判定后再進(jìn)行合適的抗震處理。設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，選用最經(jīng)濟(jì)、最有效的措施來(lái)提高短柱的抗震性能，進(jìn)而提高建筑的安全性

17、。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn): </b></p><p>　　[1].中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范.GB50011-2010.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2010. </p><p>　　[2].中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.JGJ3-2010.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2010. </p&g