高层框架结构短柱的抗震设计分析

【关键词】高层框架结构；短柱；轴力 抗震设计

　　在当前建筑工程中，层高一定的情况下，为了提高延性而降低轴压比则会导致结构短柱的横截面增大，并且随着高层建筑施工层高的增高，出现轴压比较小的截面越来越多，成为高层框架结构中的主要稳定性能分析因素。在高层框架结构短柱设计中，为了满足规划对轴压的要求，柱子在设计中通常采用截面较大，这就容易形成短柱甚者是超短柱现象。在建筑工程短柱的使用中，延性差是众所周知的缺陷问题，尤其是在各种超短柱形式中，几乎不存在延性因素，这就使得在建筑工程遭受到本地区地震的影响的时候，容易发生各种剪力破坏的影响和制约因素，造成整个结构的破坏现象。为了避免高层结构中短柱的问题和因素，在施工中就需要采用一些构造措施和方法进行处理，提高短柱的延性和抗震性。

　　1、高层框架结构的短柱的形成原因

　　高层框架结构在当前的建筑工程被广泛的应用，其在结构设计的时候要保证建筑结构安全的衡量标准，在基础设施的分析和应用中要进行严格的设置，确保框架结构中轴压比能够保证框架结构组合的完整。高层框架结构中轴压比是影响框架柱破坏形态和延性的重要指标，在设计中一般都采用地震作用的组合轴力作为主要的参考依据，柱截面宽和高高层框架结构自重很大，再加上在应用中地震作用的不断促进，形成在组合轴力设计和应用中弯构件形式存在严重的误差和缺陷。在压弯构件中，辅压比加大，这就意味着截面上层各个区域位置的影响因素逐步提高，从而造成压力值的不断增大方式。为了避免脆性破坏，只有降低轴压比，在设计短柱的轴力中要通过混凝土的性能分析，严格按照压力值进行分析，确保柱截面高度的良好应用。另外，高层框架结构图书馆的书库、层高较低的储藏室、地下车库等由于使用荷载大，层高较低也会产生短柱或极短柱。

　　2、高层框架结构的短柱的判定

　　设计图纸是建筑工程施工中的基础，更是确保施工良好有序进行的关键因素。在高层建筑应用中，框架结构的短柱设计和分析是提高其质量的重点。由试验可知，影响框架柱破坏形态的主要因素是剪跨比。剪跨比是反映柱截面承受的弯矩与剪力相对大小的一个参数，短柱端部截面的弯矩和剪力短柱截面高度柱的剪跨比剪跨比X>2时，称为长柱，一般会出现弯曲破坏剪跨比1．5≤2时，称为短柱，多数会出现剪切破坏，当提高混凝土强度或配有足够的箍筋时，可能出现具有一定延性的剪压破坏。剪跨比h<1．5时，称为极短柱，一般发生脆性的剪力斜拉破坏，抗震性能不好，设计时应当尽置避免这种极短柱，否则需要采取特殊措施，慎重设计。

　　3、高层框架结构的短柱的处理办法

　　我国是一个多震的国家，根据我国地震的情况及抗震设计的传统习惯，提出了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准抗震设防目标。为了达到中震可修、大震不倒的目地应使框架柱具有一定的延性。在地震水平荷载作用下，框架柱的短柱和极短柱大都发生剪切脆性破坏，应尽量避免短柱和极短柱，有特殊情况不能避免的应采取以下措施。

　　3.1 箍筋加密方式

　　抗震等级：是设计部门依据国家有关规定，按“建筑物重要性分类与设防标准”，根据烈度、结构类型和房屋高度等，而采用不同抗震等级进行的具体设计。以钢筋混凝土框架结构为例，抗震等级划分为四级，以表示其很严重、严重、较严重及一般的四个级别，即一、二、三、四级四个等级配置复合箍筋、螺旋箍可以对核芯区混凝土形成良好的约束作用，应沿全高加密，来提高柱的抗剪承载力和延性，达到改善抗震性能的目地。加密区箍筋的最大间距及最小直径。 框架梁柱节点作为梁的支座本身属于柱的一部分，在当前设计和应用是关注的重点。在工程实践中，多层框架设计上一般都取梁板砼与柱砼强度等级相同；若原设计图纸上标明的柱与梁板砼强度仅相差5MPa，一般也会在图纸会审时将梁板砼强度等级改为与柱相同。这种情况的禁锢加密需要针对梁板一起分析，并且注意加固和加密的各个环节。

　　3.2 配置“X”筋

　　通过将部分纵筋沿柱对角线方向成斜向交叉配置，使部分纵筋内移并使粘结应力分布到混凝土内部，形成“x”筋配置这样既可以避免密排纵筋造成的排列困难及可能引的粘结破坏，又可使“x”形纵筋承担一部分剪力，从而避免柱发生剪切破坏。

　　3.3 采用分体柱

　　钢筋混凝土分体柱技术就是在柱中沿竖向用预制混凝土分隔板将短柱分为2或4个柱肢组成的分体柱，分体柱的各柱肢分开配筋。试验表明：采用分体柱的方法虽然使柱子的抗剪承载力基本不变，抗弯承载力稍有降低，但是使柱子的变形能力和延性均得到显著提高，其破坏形态由剪切型转化为弯曲型，从而实现了短柱变“长柱”的设想，有效改善了短柱尤其是极短柱的抗震性能，分体柱方法已在实际工程中得到应用。

　　3.4 采用钢骨混凝土柱

　　钢骨混凝土住由钢骨和外包混凝土组成，钢骨通常采用由钢板焊接拼制或直接扎制而成的工字形、口字形、十字形截面，使柱的抗压承载力大大提高，从而有效地减小柱截面尺寸；钢骨翼缘与箍筋对混凝土有很好的约束作用，使混凝土的延性得到提高，加上钢骨本身具有良好的延性和抗剪承载力，使柱具有良好的延性及消耗地震能量的能力。

　　3.5 采用钢管混凝土柱

　　钢管混凝土柱是由混凝土填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料。由于钢管内的混凝土受到钢管的侧向约束，使得混凝土处于三向受压状态，从而使混凝土的抗压承载力和极限压应变得到很大的提高，混凝土的延性得到显著改善，同时抗剪承载力和抗扭承载力也大大提高，通常柱截面可比昔通钢筋混凝士柱减少一半以上，消除了短柱，并具有良好抗震性能。对短柱的抗震设计的研究是高层框架结构抗震设计的重要组成部分，工程技术人员应在这方面多加重视，才能把地震灾害造成损失降到最低。

　　4、结束

　　在当前建筑结构设计的过程中，随着高层建筑框架结构应用的日益广泛，其在设计中各种设计措施和设计应用措施越来越复杂，在设计的过程中要充分的利用当前各种技术手段和利用方式进行施工和设计，针对框架结构中短柱的各种因素综合分析处理，结合抗震需求参数探讨。设计师在设计中要明确自己的责任,提高对结构设计质量安全问题的辨别能力,综合以往对短柱设计中所应用的资料和经验严格设计，使得建筑结构设计能够满足社会发展需求，提高建筑结构质量安全。