钢筋混凝土短柱问题的处理.pdf

第 2 0 卷第 4 期 2 0 0 3 年 1 2月 特种结构 V o l.2 0 N o . 4 De v. 2 0 0 3 钢 筋 混 凝 土 短 柱 问 题 的 处 理 韦爱凤 ( 广 东 工 业 大 学 建 设 学 院广 州 5 10 6 4 0 ) T U 习 月 G u a n g d o n g U n i v e rs i t y o f T e c h n o l o g y , G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 0 摘要 短柱的剪切破坏往往是造成钢筋混凝土框架破坏甚至倒塌的主要原因。本文对高 层建筑框架结构短柱的成因、 判断方法、 处理措施进行了阐述， 可供工程设计人员参考。 关键词钢筋混凝土短柱延性 A B S T R A C T T h is p a p e r p r e s e n ts thef a c t o r t h a t c a u s e the s h o r t C o l u m n , p ro p o s e s the r ig h t m e t h o d to j u d g e t h e s h o rt c o l u m n , a n d d e s c r ib e s t h e p r o ce d u re t o i m p ro v e t h e s e is m ic b e h a v io r o f t h e s h o r t c o l u m n . I t m a y b e a r ef e re n c e f o r d e s ig n e rs . K E Y WO R D S R e i n f o r c e d c o n c re te S h o rt c o l u m n D u c t d a ) 引言 国内外历次大地震中， 由钢筋馄凝土柱失效造成的 震害是很多的， 房屋是否能够做到“ 中震可修。 大震不 倒” ， 在很大程度上与柱的延性好坏有关。轴压比和剪跨 比是影响柱子延性的最主要因家， 也是一对相互矛盾的 因素。为了满足对轴压比限制的要求， 柱子的截面往往 比 较大， 致使往子的剪跨比减小， 在结构的底部形成短 柱， 短柱的延性很差， 在遭受本地区设防烈度的地展影响 或高于本地区设防烈度的预估罕遇地展影响时， 很容易 发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌。由于以下原 因， 在高层建筑设计中不可避免地出现了短柱: 高层建 筑荷载大; 建筑上要求大柱距， 使部分柱子承受的竖向 荷载较大; 为了节约空间， 层高往往控制在2 7 m 3 . 9 m2 . 7 - 3 . 9 . 之间; 往混凝土强度等级偏低; 在房屋的抗震加固 中， 不 适当 地采用外包钢筋混凝土方法加固， 加大了 柱截 面。为避免短柱发生脆性破坏从而使结构破坏， 必须采 取适当的措施。 一、 短柱的正确判断 短柱是用柱的剪跨比孟 值的大小来判别的， ,l _ 2 时， 称为短住。一般设计人员习惯用简化公式H l h o _ 4 来 判 断短柱, H . 为柱净高， h o 为截面的 计算高度。 这个判 断条件是有前提的， 只有在反弯点位于或接近柱高中部 的时候才可用， 如果不满足该前提， 必须直接用剪跨比的 定义t 二 M r / V 场g 2 来判断短柱川， 式中M 为柱端截 面组合的弯矩计算值, V 为相应截面组合剪力计算值。又 取2 ( 或柱子上、 下端计算结果的较大值。 ) 高层建筑的底 部几层受柱底嵌固的影响， 且梁对柱的约束弯矩较小， 反 弯点的高度往往比柱高的一半高得多， 甚至不出现反弯 点， 短柱的H / h o 限值跟反弯点高度比Y n 有关， 如图1 所示， 此时 不宜按简化公 式判断短柱， 需按x = M / V h o 2 ( 或H 9 l h o - 2 1 y 沪 ) 来 判 断 短 柱 。 在初步设计阶段， 可先按 D值法确定柱子的反弯点 日 i MV山S I RU C I U和四. N o . 4 太红3 高 度比 Y . ， 用 公式几/ 凡 E 2 / Y n 来判断短柱。 在施工图 设计阶段， 可根据电算结果作进一步判断。 N i = 1 / 2 H c o / h o h = 2 / 3 H c o / h o S 3 图1 短柱的H m / h 。 限值随Y . Y n 二1 H c o / h 呵2 值的变化而变化 二、 改兽钢筋混凝土短柱抗屁性能的方法 当 短柱不可避免出现时， 可考虑采用以下措施消除 短柱或改善短柱的抗展性能。 1 . 采用高强高性能混服土 为减小柱子的 截面， 提高剪跨比， 最直接的方法就是 提高混凝土的强度等级， 即采用高强高性能混凝土来增 加柱子的受压承载力， 降低其轴压比， 近年来， 我国在高 强高性能混凝土研制和应用方面已积累了不少经验 工 程实际应用水平已 达到国际先进水平川。 2 . 采用框架一 抗震墙( 筒体) 结构体系 框架一 抗展墙( 筒体) 结构中， 由于剪力墙( 筒体) 与框 架的协同工作， 改变了框架的剪力分布( 图2 ) ， 框架剪力 的最大值在0 . 3 H一 0 . 6 H之间， 且框架属于第二道防线， 大部分地震作用由剪力墙承受， 框架承受的相对较少， 因 此框架柱发生剪切变形的可能性变小， 只要剪力墙设置 恰当就能消 除或部分消除短柱。 规范川还规定框架 一 抗 艇墙( 筒体) 结构柱子的轴压比限值可适当放松。 3 . 选用井字复合报、 复合螺旋箍或连续复合矩形螺 旋箍 加强箍筋对柱子的约束. 可提高混凝土的抗压强度， 3 5 万方数据 特种结构2 ( 旧 3年第 4期 防止构件在大剪压比 情况下发生剪切破坏。国内外的实 验均证明， 加强箍筋对混凝土的约束， 可提高柱子的极限 变形角 巧 %一 25%。在实际设计中选用井字复合箍、 复 合螺旋箍或连续复合矩形螺旋箍并达到表1 的要求时， 轴 压比 限值均可增加。 . ro日 。 d 纯枢契结构的驹力分如 b 框韵结构中框架的匆少 分布 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， 混凝土的延性得到 提高， 加上钢骨本身良 好的塑性， 使柱子具有良 好的延性 及耗能能力。在高层钢筋混凝土结构下部的若干层采用 钢骨混凝土柱， 可以显著改善结构的抗震性能。 6 . 采用钢管混凝土柱， 钢管高强混凝土柱 钢管混凝土是套箍混凝土的一种特殊形式， 钢管的 约束使混凝土处于三向受压状态， 混凝土的抗压强度和 极限压应变得到很大提高， 即使在高轴压比条件下， 仍可 形成在受压区发展塑性变形的“ 压铰” ， 不存在受压区先 破坏的问题， 也不存在像钢柱那样的受压拜缘屈曲失稳 的问题， 混凝土特别是高强混凝土的延性得到显著改善。 钢管馄凝土柱截面可比普通钢筋混授土柱截面减小一半 以上， 消除了短柱并具有良 好的抗震性能。 7 _ 采用分体林 图2 沿结构高度剪力分布示意 表 1 复合摘筋的构造要求 箍筋型式 箍筋肢距 ( 二 ) 箍筋( 螺旋) 间距( 二 ) 箍筋直径 ( 二 ) 片 宇 复 合 箍一一 期 1 00 妻1 2 复 合 姗 旋 箍一一 。 1 00一要 12 连续复合矩形 螺旋箍 (2 ( 幻即)1 0 分体柱是用隔板( 常为石膏板) 将柱截面分成4 根等截面柱并分开 配 筋( 图5)。研究结果表明， 分体 柱虽然使构件的抗弯承载力稍有降 低， 但抗剪承载力基本不变， 且构件 的变形能力和延性均得到显著提 口一口 口 已 尸- - -门 曰一 图5 分体柱示意 高， 其破坏形态由剪切型转化为弯曲型， 实现了短柱变 “ 长” 住的设想， 很好地改善了短柱的抗震性能， 我国已完 4 . 在枉截 回中邵议置矩移核芯往 试验证明， 在压、 弯、 剪作用下. 当柱出现弯、 剪裂缝 时， 大多数情况下芯往可以有效地减小柱的压缩， 保持柱 的外形和截面承载力( 图3)， 因此芯柱可以提高短柱的变 形能力， 延缓倒塌。当芯往中另加的纵向钢筋的总面积 ) 住 8 %A 。 时， 轴压比限值可 增加。 05川。 十 之 州 刻一理一红 成了钢筋混凝土分体柱单体构件、 钢筋棍凝土分体柱框架节点及钢筋 混凝土分体柱框架模型的试验研 究 a 和 理 论 分析 工 作， 并总 结 提 出了钢筋混凝土分体柱及分体柱框 架抗震设计的设计建议， 为分体柱 技术在钢筋混凝土高层建筑抗震设 计中的应用提供了 可靠的理论基础 和试验依据。 8 . 在柱中配置“ x ， 筋 沿着柱子纵向配置的“ x， 对角 伴 到四 纵向钢筋 可以承担 部分 剪力 ， ( 图 6) ， 改 善 柱 子 的 抗 震 性 能 囚 。 田 。 X形配筋示意 图3 芯柱示意 5 . 采用钢骨混凝土柱 钢骨混凝土柱由钢骨和外包混服土组成， 钢骨通常 采用由钢板焊接拼制或直接轧制而成的工字形、 口字形、 十字形截面， 如图4 所示。 困 巨. -，口目 J . 图4 钢骨混凝土构件截面示意 钢骨混凝土柱充分发挥了钢与馄凝土两种材料的优 点， 与钢筋混凝土结构相比， 由于配置了钢骨， 使柱子的 三、 小结 在实际设计过程中， 设计人员应根据具体情况， 正确 判断短柱， 采取安全有效、 经济合理的处理措施， 确保建 筑物真正 做到“ 中震可 修， 大震不倒” 。 参考文献 1 建筑抗展设计规范( 刃 1 引 刀 1 1 Z l x j l ) 【 2 丁肖 常安. 高 层建筑抗展设计中 短柱问 题的 处理 丁业 建筑， 2 0 ， ( 1 0 ) 【 3 高强高性能混凝土委员会、 高强混凝土工程应用北京: 清 华大学出版社， 1 明 8 . L 4 李忠献 郝永翻等 钢筋混凝土分体住框架梁柱中节点抗展 性能的 研究 建筑 结构学报. 2 侧 1 1 ( 4 ) 【 5 郝永耗. 胡庆昌等 低周反复水平荷载作用下分体柱承载力 的试验研究. 建筑结构学报， 1 夕 刹 ; ( 6) 【 6 】梁书亭， 蒋永生等. X形配筋高强混凝土短柱抗展性能试验 研究 . 东南大学学报( 自然科学版， 1 男7 . 月) 3 6笋 娜 切娜 刻 放 习 口 叫 钊 留勘汤 刽 泊 3 万方数据