高层建筑抗震设计中短柱问题的处理措施胡科

高层建筑抗震设计中短柱问题的处理措施胡科

胡科

中建三局第二建设工程有限责任公司浙江建筑设计院浙江杭州310000

摘要：高层建筑结构作为当前我国最常见的建筑结构，是促进城市现代化建设的重要方式。由于高层建筑结构选材广泛、施工技术成熟、造价低廉，在当前建筑行业应用广泛。但是由于高层建筑结构非常容易受到地震的影响而出现破坏，对人民群众生命和财产造成威胁。短柱问题在高层建筑中常常会出现，由于短柱截面较大，剪跨度比较小，延性低，很容易在地震发生时发生脆性破坏。

关键词：高层建筑抗震设计；短柱问题；处理措施

引言

众所周知，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，无法满足“中震可修，大震不倒”的设计准则。为了避免短柱脆性破坏问题在高层建筑中发生，首先要正确判定短柱，然后对短柱采取一些构造措施或处理，提高短柱的延性和抗震性能。

1短柱的判断依据

在我国相关规定与规范中，柱净高与截面高度的比值小于4为短柱，但是，在高层建筑中，梁柱一般比较小，尤其柱底部嵌固会使梁对柱产生的约束弯矩不大，所以柱的反弯点通常要比柱中点高得多，甚至有时高层建筑的柱中不存在反弯点，此时再判断是否为短柱时就无法根据柱净高和截面高度的比值是否小于4，而是要根据剪跨比是否小于2。

如果框架柱的反弯点离柱中点较远，柱的上下截面弯矩值就会不同，其剪跨比也会不同，此时若要判断该柱是否为短柱，应该选取上下截面最大的剪跨比为依据。因为框架柱的受力特性与轴压力为定值的连续梁相同，所以可以将柱高看做连续梁的剪跨。根据研究结果发现，如果连续梁剪跨不变，而且截面的上下配置纵筋相同，弯矩较大的区段更容易发生剪切破坏，在框架柱中，弯矩较大的区段也容易发生临界斜裂缝。事实上，在柱高或连续梁的剪跨区间内，弯矩越大的区域剪跨比越大，而且随着剪跨比的增加，钢筋混凝土的抗剪力也会缩小，所以在承受荷载时，出现剪切破坏的区域一定是弯矩大的地方，也因此应该选取截面最大的剪跨比判断短柱。

通常情况下，载高层建筑内框架柱的反弯点比较高，所以柱的上截面弯矩值比下截面弯矩值更小，于是通过判断下截面的剪跨比是否小于2可以判断是否为短柱，另一种办法是判断柱净高与截面高度的比是否小于2/反弯点高度，如果反弯点在柱中点，柱净高与截面高度的比值应该小于4，如果反弯点在柱的上端截面，柱净高与截面高度的比值就应该小于2，如果没有反弯点，则选取截面的最大剪跨比小于2来判断。

2高层建筑抗震设计中短柱问题

在高层建筑抗震设计过程中，柱净高与截面高度比值不大于4，可以判定为短柱。通常情况下高层建筑由于梁比较小，尤其是底部的嵌固结构会导致梁对柱产生的约束弯距较小，这样也会造成柱的反弯点要高出柱中点。甚至很多的高层建筑柱中不存在反弯点。在这种情况下对于短柱的判断无法按照柱净高和截面高度的比值小于4，所以可以采用剪跨比是否小于2。

如果框架柱反弯点距离柱中点比较远，柱的上下截面弯矩值会出现异常，其剪跨比也会存在差异。如果要判断该处是否为短柱，必须要选择上下截面最大剪跨比进行判断。如果发现连续剪跨不变而截面出现上下配置的纵筋相同，则弯矩较大的区域很容易发生剪切破坏的问题。在框架柱中弯矩较大的区域也会因为临界斜裂缝而产生问题。从当前实际情况来看，柱高或者出现连续梁剪跨区间弯曲越大则区域剪跨比越大。随着剪跨比的增加混凝土的抗剪能力也会变小，导致承受能力因为剪切破坏的影响造成弯曲变大，所以必须要根据截面的最大剪跨比判断是否存在短柱的问题。一般情况下，在高层建筑内框架柱的反弯点会比较高，由于柱上截面弯矩值比下截面弯矩值要小，所以经过判断下截面的剪跨比要小于2。另一种办法则是根据判断柱净高与截面高度比是否为小于2的反弯点高度，如果反弯点在柱中点，则柱净高应该与截面高度比值小于4，如果反弯点在柱上段，则柱净高与截面高度比值应该小于2，如果不存在反弯点则截面最大剪跨比，应该按照小于2的方式来判断。

实际工程中，一般在下列几个位置容易出现短柱：结构错层标高差较小处；层高较小的设备层处；结构底层柱截面较大处；框架柱间砌筑不到顶的隔墙、窗间墙以及楼梯间休息平台处；采用柱下独立基础或条形基础，基础顶到基础梁处等。同时还应注意计算的方向，柱子的截面高度应选取沿填充墙平面内的柱子截面尺寸，而不是选取柱子截面尺寸最大值。

延性是指结构，构件或构件的某个截面从屈服开始到达最大承载能力或到达以后而承载能力还没有明显下降期间的变形能力。延性好的结构，构件或构件的某个截面的后期变形能力大，在达到屈服或最大承载能力状态后仍能吸收一定量的能量，能避免脆性破坏的发生。所以可以通过提高短柱的延性来提高短柱的抗震性能。由于延性的主要影响因素是轴压比与剪跨比，所以在保证短柱截面承载力设计过程中可以通过控制这两个比值来提高短柱的延性。

3高层建筑抗震设计中短柱问题的处理措施

3.1合理设置高层建筑结构的纵横墙

与建筑平面和立面相类似，纵横墙作为高层建筑结构的主要构件，对于高层建筑结构抗震性能也有着非常关键的作用，在通常情况下，必须要保证纵横墙的设置受力均匀，并且能够通过纵横墙共同承担高层建筑结构的荷载。从目前来看，高层建筑结构设置依然会采取单一的纵墙或者横墙的方式来承重。这样不仅会导致整个空间的承重性能较差，而且还影响了整个建筑结构的抗震能力。为此在进行墙体布置的过程中，必须要合理的将纵墙与横墙进行适当搭配，避免了墙体变形，从而提高多层建柱高层建筑结构的一体性。同时通过合理设置纵横墙还能够提高高层建筑结构的抗弯、抗剪性能。如果高层建筑结构存在特殊的情况，也就是纵墙不能够有效贯通，则可以通过纵横墙交接的地方设置配筋的方式。同时也要注意不能够在纵墙或者横墙设置较大的洞口。

3.2增加墙体面积、提高砂浆强度

通过对于前几次比较大的地震灾害进行调查研究，我们能够发现，如果多层砖混结构，房屋建筑的墙体面积越大则砂浆的强度等级越高。这样高层建筑结构的抗震能力效果越好。所以必须要积极提高墙体面积并且增加砂浆强度，从而有效避免地震对高层建筑结构的破坏。根据相关实验表明，如果六层砖混结构房屋建筑最主要的就是影响一层和二层，而上面几层的房屋则不会受到地震的影响，所以在实际多层砖混结构房屋建筑的设计过程中，必须要加强对于一层二层等底层的建筑结构的墙体承载面积，提高砂浆的强度等级。

3.3提升高层建筑结构的整体性

一般来说，具整体性较高的结构具有较高的抗震性能。由于高层建筑结构一体性设置较差，很容易影响整体建筑的抗震性。所以通常情况下利用现浇钢筋混凝土楼板的方式，可以提高高层建筑结构水平刚度。同时利用现浇钢筋混凝土的方式，还能够避免出现平滑散落的问题。针对高层建筑结构能够有效的提升墙体的刚度，并且实现力的水平传播，并且认真按照相关的设计方案和设计要求进行施工。

结语

本文针对高层建筑结构抗震设计中短柱问题存在的问题进行深入的分析，从而有效提高高层建筑结构的抗震性能，所以必须利用现代化的抗震加固技术措施来改变高层建筑结构的坚固性，提高高层建筑结构的抗震等级。

参考文献

[1]张敬铭，韦珂俊.钢管再生混凝土与钢筋再生混凝土轴压短柱力学性能的试验分析优化设计[J].混凝土，2018（04）：50~52.

[2]王蕾.浅谈高层建筑抗震中短柱的问题及改善措施[J].科技创新与应用，2012（03）：204.

[3]李忠献，袁文章，郝永昶.工业与民用钢筋混凝土建筑中的短柱问题与分体柱技术[J].工业建筑，2003（11）：52~54.