混凝土短柱加强措施

混凝土短柱加强措施

本文简述了短柱的概念，并提出了在工程设计当中如何避免短柱以及在不可避免的情况下如何解决改善短柱的受力相。

标签：短柱脆性破坏剪跨比

0 引言

5·12汶川地震灾害调查表明：混凝土框架结构当中的短柱受到严重破坏是典型破坏形式之一。这类灾害在世界其他国家的地震中均有所体现。那么，在工程设计当中如何避免短柱以及在不可避免的情况下如何解决改善短柱的受力，是结构工作者所关注的重点问题之一。

1 短柱的概念

框架结构中的短柱的侧移刚度大于相邻各柱，当受水平地震作用的屋盖发生整体侧移时，该柱实际上承受了比相邻各柱大得多的水平剪力，使柱易产生脆性破坏。因此短柱的问题在结构设计当中应引起重视。

剪跨比是判断短柱的一个指标。《混凝土结构设计规范》规定，柱的剪跨比宜大于2，柱的计算剪跨比，取λ=M/(Vh0)；此处，M宜取柱上、下端考虑地震作用组合的弯矩设计值的较大值，V取与M对应的剪力设计值，h0为柱截面有效高度；当框架结构中的框架柱的反弯点在柱层高范围内时，可取λ=Hn/(2h0)，此处，Hn为柱净高。

柱的破坏形态与剪跨比有关。剪跨比大于2的柱为长柱，其弯矩相对较大，一般容易实现延性压弯破坏；剪跨比不大于2、但大于1.5的柱为短柱，此类框架柱易发生粘结型剪切破坏和对角斜拉型剪切破坏，若配置足够的箍筋和采取其他的相关措施，也可能实现延性较好的剪切受压破坏，但是为减少脆性破坏的几率，柱中纵向钢筋的配筋率不宜过大，《混凝土结构设计规范》规定对一级抗震等级，且剪跨比不大于2的框架柱，规定其每侧的纵向受拉钢筋配筋率不大于1.2％。对其他抗震等级虽未作此规定，但也宜适当控制。剪跨比不大于1.5的柱为极短柱，一般发生剪切斜拉破坏，工程当中应尽量避免采用极短柱。

初步设计的时候，也可以假设柱的反弯点在高度中间，用柱的净高与计算方向柱截面高度的比值判别是长柱还是短柱：比值大于4为长柱，3与4之间为短柱，不大于3为极短柱。

2 剪跨比不大于2、但大于1.5的短柱

根据《建筑抗震设计规范》，剪跨比不大于2、但大于1.5的短柱的轴压比限值应降低0.05。限值柱子的轴压比主要是为了保证柱的塑性变形能力和保证框架

的抗倒塌能力。抗震设计时，除了预计不可能进入屈服的柱外，通常希望框架柱最终为大偏心受压破坏。而短柱，脆性较大，要想达到上述效果，就应该适当降低轴压比的限值。

由于短柱极易出现剪切破坏，因此《建筑抗震设计规范》规定，短柱全高范围能箍筋加密，且箍筋间距不应大于100mm。根据计算值确定箍筋直径。这是为了提高柱的抗剪能力，从而避免其出现剪切破坏。

短柱的纵筋沿柱四周均匀分布，纵筋间距尽可能小，这样纵筋和箍筋一起形成比较细密的钢筋笼，能够有效提高对混凝土的约束。从而增加其延性。也可以在柱内做芯柱。

如果地震力较大，光靠上述措施还是无法满足柱子的抗剪要求时，可考虑在柱内设置钢骨（如图一所示），由工字钢的腹板承受所有剪力，从而提高其抗剪能力和增加其延性。或者是采用分体柱（如图二所示）。分体柱用隔板将柱分为等截面的单元柱，一般为四个单元柱，截面的内力设计值由各单元柱均摊，按照现行单元柱的承载力验算。在柱上、下两端，留有整截面过渡区，过渡区内配置复合箍筋。分体柱各单元的剪跨比是整体柱的两倍，从而可以避免短柱的产生。

当错层导致的极短柱，即柱子左右的框架梁顶标高差值不是很大的时候，可以采用框架梁端加腋（如圖三所示），或者是加高一侧框架梁的截面高度（如图四所示）的方法，来使得框架柱左右的框架梁连续，从而避免短柱的形成。

3 结论

短柱刚性大，延性差，在地震力作用下，其破坏后果严重。因此在工程当中应尽可能避免短柱尤其是极短柱的出现。

参考文献：

[1]周华.混凝土短柱的地震破坏机理及设计措施.北京《建筑结构》编辑部.

[2]《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）.北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）.北京：中国建筑工业出版社，2002.

[4]李国胜.高层混凝土结构抗震设计要点、难点及实例.北京：中国建筑工业出版社，2009.

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