对高层建筑结构设计中提高短柱抗震措施探析

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1、对高层建筑结构设计中提高短柱抗震措施探析　　摘要：近年来，我国的高层建筑事业发展十分迅猛，加强高层建筑结构设计中提高短柱抗震措施的研究是十分必要的。本文作者结合多年来的工作经验，对高层建筑结构设计中提高短柱抗震措施进行了研究，具有重要的参考意义。关键词：高层;短柱;抗震中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：0引言混凝土短柱在地震中的破坏大多属于脆性破坏，未按照“强剪弱弯”的抗震设计要求出现破坏。在历次地震灾害调查中发现，短柱通长先出现钢筋与混凝土的粘结滑移破坏或剪切破坏，进而引起整个结构的整

2、体坍塌。面对钢筋混凝土短柱出现的频率不断加大和自身抗震性能差的特点，如何提高钢筋混凝土短柱的抗震性能成了工程师们亟待解决的问题。短柱的延性很差，尤其是超短柱几乎没有延性,在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时，很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌。为了避免短柱脆性破坏问题在高层建筑中发生,笔者认为,正确判定短柱,提高钢筋混凝土短柱特别是超短柱的抗震性能,6是目前要迫切解决的问题。下面就对目前钢筋混凝土短柱的抗震性能研究和提高措施进行简要分析。1提高钢筋混凝土抗震性能的若干措施通过对短柱

3、的破坏机理的研究，受剪和受压承载力的大小是决定抗震性能的主要因素。1.1提高受剪承载力(1)采用复式螺旋箍筋(图1)。工程设计人员根据抗震规范［1］要求能很直接的采用螺旋箍筋和复合箍筋以加强对内部混凝土的侧向约束以提高抗压强度。但是后期试验发现，在高轴压比和水平荷载作用下普通复合箍筋有松扣的危险，这可使混凝土受压承载力骤然下降引起混凝土的突然压碎。采用复合矩形螺旋箍筋和高强复式螺旋箍筋能很好的解决这一问题，由于箍筋由一根钢筋连续弯折而成，防止了松扣的危险，提高了受压承载力和受剪承载力。(2)X形配筋高强混凝

4、土(图2)。仅采用高强混凝土和普通箍筋可以提高短柱的受压承载力，但高强混凝土的强度高且比较脆，变形性能差导致短柱的延性差，所以仅改变混凝土的强度等级并不能提高短柱的抗震性能。采用X形纵筋和高强混凝凝土可以解决这一问题，试验［2］表明，X6筋反弯点位置对短柱的抗震性能有较大影响，离梁柱交界面一定距离时短柱的抗震性能比较好且由于X形配筋和箍筋对混凝土有双重约束作用，混凝土的强度和极限变形有所增加在往复荷载作用下与普通高强混凝土短柱相比，滞回曲线丰满，骨架曲线下降段平缓、位移延性系数大、耗散能量能力强等有点。(3

5、)钢骨混凝土柱和外包钢管混凝土柱(图3)。通过对内部配置型钢短柱(SＲC)、外包钢管方形短柱(STＲC)和普通短柱(ＲC)的滞回性能试验研究表明，ＲC和SＲC的变形性能不能满足现行规范［1，3］的要求，试验研究［4，5］发现对于承载能力，钢骨承担部分轴力且钢的屈服强度是混凝土轴心抗压强度的数倍，计算轴压比可以考虑钢骨的影响，相同的轴力作用下可以有效减小柱子截面，有效减小轴压比SＲC的受弯承载能力高于STＲC，外包钢管短柱不能明显提高构件的受剪承载力，而对于延性和变形能力，STＲC要高于ＲC和SＲC，但明显的

6、缺点就是节点核心区构造较复杂且对于施工技术要求比较严格。1.2提高构件的延性(1)采用分体柱(图4)。短柱抗震性能差的外部原因是由于构件尺寸导致剪跨比＜1.65，如果能改变柱子尺寸使之成为普通的细长柱，也能从根本上解决抗震性能问题。采用分体柱就是将普通短柱横截面进行分割，中间用隔板隔开，将原来的一根短柱分割成多根细长柱。通过对钢筋混凝土分体柱节点抗震性能研究［6］表明，分体柱本身具有良好的延性和变形性能，并且能够实现强剪弱弯，只要对分体柱连接过渡区合理设置，虽然节点核心区出现裂缝但仍具有良好的整体性，除了节

7、点核心区外的柱身均未出现裂缝。对实际工程的研究［发现，高层框架－剪力墙、框架－筒体结构的底部加强区以上部位适合将短柱设计成分体柱，可以提高柱的剪跨比，防止剪切破坏，同时轴压比增长甚少，而在底部加强区不存在短柱部位设计分体柱可能会使轴压比超限，不满足规范要求。因此将适当部位的单根短柱分成多根分体柱进行设计可以有效的解决短柱抗震性能问题。(2)加芯混凝土框架柱短柱(图5)。加芯混凝土框架柱就是在柱横截面中心不少于1/3的面积内配置附加纵筋和附加箍筋，形成矩形的“柱中柱”，以提高短柱的承载力和变形性能，延缓结构的

8、整体倒塌。规范［1］规定，芯柱纵筋配筋率不小于0.8%，轴压比限值可以增加0.05。但规范也提出附加纵筋和附加箍筋具体用量的影响。文献［76－9］研究发现芯柱纵筋可以共同参与承担轴力，以减小轴压比，且受力性能要高于周边纵筋，原因是周边纵筋受弯矩作用影响比芯柱纵筋影响大，且混凝土保护层开裂甚至剥落后于周边钢筋的粘结性能差，而芯柱纵筋与混凝土仍有良好的粘结，芯柱纵筋不会发生压曲。新西兰规范［10］对柱子轴心受压承载力