混凝土短柱加強措施

摘要：本文簡述了短柱的概念，并提出了在工程設計當中如何避免短柱以及在不可避免的情況下如何解決改善短柱的受力相。

關鍵詞：短柱 脆性破壞 剪跨比

0 引言

5·12汶川地震災害調查表明：混凝土框架結構當中的短柱受到嚴重破壞是典型破壞形式之一。這類災害在世界其他國家的地震中均有所體現。那么，在工程設計當中如何避免短柱以及在不可避免的情況下如何解決改善短柱的受力，是結構工作者所關注的重點問題之一。

1 短柱的概念

框架結構中的短柱的側移剛度大于相鄰各柱，當受水平地震作用的屋蓋發生整體側移時，該柱實際上承受了比相鄰各柱大得多的水平剪力，使柱易產生脆性破壞。因此短柱的問題在結構設計當中應引起重視。

剪跨比是判斷短柱的一個指標。《混凝土結構設計規范》規定，柱的剪跨比宜大于2，柱的計算剪跨比，取λ=M/(Vh0)；此處，M宜取柱上、下端考慮地震作用組合的彎矩設計值的較大值，V取與M對應的剪力設計值，h0為柱截面有效高度；當框架結構中的框架柱的反彎點在柱層高范圍內時，可取λ=Hn/(2h0)，此處，Hn為柱凈高。

柱的破壞形態與剪跨比有關。剪跨比大于2的柱為長柱，其彎矩相對較大，一般容易實現延性壓彎破壞；剪跨比不大于2、但大于1.5的柱為短柱，此類框架柱易發生粘結型剪切破壞和對角斜拉型剪切破壞，若配置足夠的箍筋和采取其他的相關措施，也可能實現延性較好的剪切受壓破壞，但是為減少脆性破壞的幾率，柱中縱向鋼筋的配筋率不宜過大，《混凝土結構設計規范》規定對一級抗震等級，且剪跨比不大于2的框架柱，規定其每側的縱向受拉鋼筋配筋率不大于1.2％。對其他抗震等級雖未作此規定，但也宜適當控制。剪跨比不大于1.5的柱為極短柱，一般發生剪切斜拉破壞，工程當中應盡量避免采用極短柱。

初步設計的時候，也可以假設柱的反彎點在高度中間，用柱的凈高與計算方向柱截面高度的比值判別是長柱還是短柱：比值大于4為長柱，3與4之間為短柱，不大于3為極短柱。

2 剪跨比不大于2、但大于1.5的短柱

根據《建筑抗震設計規范》，剪跨比不大于2、但大于1.5的短柱的軸壓比限值應降低0.05。限值柱子的軸壓比主要是為了保證柱的塑性變形能力和保證框架的抗倒塌能力?？拐鹪O計時，除了預計不可能進入屈服的柱外，通常希望框架柱最終為大偏心受壓破壞。而短柱，脆性較大，要想達到上述效果，就應該適當降低軸壓比的限值。

由于短柱極易出現剪切破壞，因此《建筑抗震設計規范》規定，短柱全高范圍能箍筋加密，且箍筋間距不應大于100mm。根據計算值確定箍筋直徑。這是為了提高柱的抗剪能力，從而避免其出現剪切破壞。

短柱的縱筋沿柱四周均勻分布，縱筋間距盡可能小，這樣縱筋和箍筋一起形成比較細密的鋼筋籠，能夠有效提高對混凝土的約束。從而增加其延性。也可以在柱內做芯柱。

如果地震力較大，光靠上述措施還是無法滿足柱子的抗剪要求時，可考慮在柱內設置鋼骨（如圖一所示），由工字鋼的腹板承受所有剪力，從而提高其抗剪能力和增加其延性?；蛘呤遣捎梅煮w柱（如圖二所示）。分體柱用隔板將柱分為等截面的單元柱，一般為四個單元柱，截面的內力設計值由各單元柱均攤，按照現行單元柱的承載力驗算。在柱上、下兩端，留有整截面過渡區，過渡區內配置復合箍筋。分體柱各單元的剪跨比是整體柱的兩倍，從而可以避免短柱的產生。

當錯層導致的極短柱，即柱子左右的框架梁頂標高差值不是很大的時候，可以采用框架梁端加腋（如圖三所示），或者是加高一側框架梁的截面高度（如圖四所示）的方法，來使得框架柱左右的框架梁連續，從而避免短柱的形成。

3 結論

短柱剛性大，延性差，在地震力作用下，其破壞后果嚴重。因此在工程當中應盡可能避免短柱尤其是極短柱的出現。

參考文獻：

[1]周華.混凝土短柱的地震破壞機理及設計措施.北京《建筑結構》編輯部.

[2]《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010）.北京：中國建筑工業出版社，2010.

[3]《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2002）.北京：中國建筑工業出版社，2002.

[4]李國勝.高層混凝土結構抗震設計要點、難點及實例.北京：中國建筑工業出版社，2009.

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