钢筋混凝土框架柱的破坏模式及抗震设计.pdf

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1、垫!垒垒篁!垒塑l量篁!!!塑L：——：鋈亘篓壑：——：：：：：：：：：：：——一——塞塾皇壑墼堡堇钢筋混凝土框架柱的破坏模式及抗震设计●王秋苹一绍兴市中等专业学校，浙江绍兴312000摘要：框架柱是框架结构建筑的主要承重构件之一。与梁相比，柱的破坏一般具有突然性．破坏之前往往没有非常明显的征兆。柱的破坏常常导致整个结构的损坏与倒塌，严重影响结构的安全。本文主要分析了框架柱的特点、破坏模式、强柱弱梁的探讨等，并指出现有抗震设计的不足。关键词：框架柱破坏模式强柱弱粱在现今大量工业与民用建筑中，广泛地采用框架结构受力体系。框架结构主要是由粱、柱及节点组成，柱是最重要

2、的受力构件，一旦柱子失去承载力，结构就会发生局部倒塌，甚至整体倒塌，造成严重的生命和财产损失。结构在一般静力作用时是安全可靠的，然而在地震作用下，设计不尽合理的框架结构就会出现不同程度的破坏。汶川地震震害调查表明，在地震地面运动强烈地区，多层钢筋混凝土框架结构中的框架柱破坏尤为严重。除倒塌结构难以识别外，在严重破坏或局部倒塌建筑结构中，几乎没有看到抗震设计时所预期的“强柱弱梁”的破坏机制。因此，合理地进行框架结构抗震设计，必须深入研究、分析框架柱。1框架柱的特点框架结构中的柱主要是由钢筋混凝土构成，承受梁和板传来的荷载，并将荷载传给基础，它是主要的竖向受力构件。

3、框架柱一般为偏心受压构件，其设计主要涉及到剪跨比、轴压比、剪压比等方面，需要通过计算配筋，通常采用对称配筋，柱中纵筋数量应按偏心受压构件的正截面受压承载力计算确定，箍筋数量应按偏心受压构件的斜截面受剪承载力计算确定。2框架柱的破坏模式柱的破坏主要取决于柱体内部构造与受力状态，其破坏模式很多，主要有柱整体破坏、柱端破坏、柱身破坏、短柱破坏等。(I)柱整体破坏。柱的整体破坏对结构而言是十分危险的，主要原因是：材料强度低、实际轴压值超限、层刚度低等。在强烈的地震作用下容易形成塑性柱机构，柱会发生整体倾斜或倒塌。柱的整体破坏主要发生在底层框架结构中。在汶川地震中，出现了

4、多起因柱子破坏导致房屋倾斜甚至整体倒塌，破坏极其严重。调查发现：上层砖混结构部分纵横墙较密，上部质量大，抗侧移刚度大，而底框部分开间大，抗侧移刚度小，即形成了“上刚下柔”的结构体系。地震位移相对集中于底层，而底层又比较薄弱，会引起底层框架柱发生剪切或弯曲破坏，造成整个建筑的破坏。(2)柱端破坏。柱端破坏包括梁柱节点的破坏、柱顶和柱底的破坏。梁柱相交的节点即为梁柱节点。对于框架结构，地震中发生的破坏往往位于梁柱节点处。节点作为梁柱接头区的主要组成部分，在平面框架中承受周同传来的剪力、弯矩和轴力，且三者较大。某些柱子内部构造配置不好，在地震作用下，节点处混凝土压溃、

5、剥落，内部钢筋失效，以致节点严重破坏。该震害的主要原因是，梁柱节点是薄弱位置，在水平地震左右下破坏相对较重，其次，未严格按照抗震规范的“强柱弱梁”及有关构造要求来进行设计，柱内配筋量少，箍筋间距过大等，导致地震作用下弹塑性变形过大，破坏严重。柱底端的受力状态和柱顶相似，但由于其箍筋较密，故其震害相对较轻。主要表现在轻者柱顶和柱底周边产生裂缝，重者框架柱严重倾斜，混凝土压溃破坏．内部钢筋拉断失效，纵筋压屈屈服，同时梁板倾斜。该震害类型的主要原因是，一是设计和施工原因，没有加密箍筋，箍筋构造不符合要求，致使框架柱纵向钢筋破坏严重，引起较大变形；另一是纵筋抗剪和抗弯能

6、力较弱，导致在强烈地震作用下破坏严重。此外，由于上部结构的刚度较大，一层柱顶处于刚度转换区域，破坏相对严重。(3)柱身破坏。从汶川地震震害中也发现，有一部分柱发生柱身破坏，即框架柱中段破坏，或柱中段混凝土发生脱落，纵筋被压弯凸起·48·或钢筋屈服、柱直接被折断，导致建筑物倒塌。该种震害发生的主要原因是，柱箍筋间距过大，导致对纵筋约束不够，对混凝土握裹力不够，进而破坏。此外，柱长细比设计不合理，在强烈地震作用下，造成其抗剪承载力不足，进而破坏。(4)短柱破坏。根据《建筑抗震设计规范》规定，混凝土框架柱的剪跨比入宜大于2，短柱一般是指剪跨比小于2的混凝土柱。当剪跨比

7、x<1．5时，称为超短柱。这类柱的刚度大，变形能力和耗能性能差，在地震中常常发生如下几种破坏：①斜拉破坏。在反复水平荷载作用下，短柱剪拉区因主拉应力超过混凝土抗拉强度，柱身出去裂缝，当箍筋不足以承担所施加的拉力时，则裂缝扩大，随即丧失其承载力，这种情况发生在入<1．5且配筋率较少及受剪承载力小于受弯承载力的构件中。②斜压破坏。发生的条件与斜拉类似，施加荷载后，配箍率较多或轴向压力起主导作用时。在荷载作用下，水平弯曲裂缝斜向发展，出现斜向裂缝，如果箍筋较多，则不会迅速开展，随后裂缝发展延伸，最后柱身全高在主压应力作用下，发生斜压破坏。③剪拉破坏。此种破坏发生在1．

8、5<入<3且配箍率较少的