浅谈建筑结构的承重柱分析

浅谈建筑结构的承重柱分析

宋亮

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摘要：高层建筑结构不仅承受外风产生的水平载荷，而且承受垂直方向的载荷，并具有抗震性。因此，建筑结构的承重柱起着极其重要的作用。本研究采用文本分析的方法研究了建筑结构承重柱的设计，旨在探索承重柱设计的科学方法。研究表明，只有根据建筑物的实际需要设计建筑结构的承重柱，才能更好地保护人民的生命和财产。

关键词：高层建筑；设计；承重

引言：随着现代建筑理念的发展，建筑物的稳定性和耐久性受到了极大的重视。简单的钢筋混凝土已经被各种先进的制造技术所取代，钢和混凝土可以牢固地结合在一起形成更耐用的结构，大大提高了建筑的安全性。在这个阶段，建筑物的高度增加，这使得建筑物的位移更加明显。它不仅不能满足建筑物的设计要求，而且极大地影响建筑物的使用寿命，并且容易损坏结构构件和非结构构件。

1现阶段建筑结构承重柱的主要类型

现阶段建筑结构承重柱根据两者搭配的形式不同，可以大致分为以下几种类型：

1.1箍筋约束混凝土柱。依据箍筋方法的不同，箍筋约束混凝土柱也可以分成普通型、井字型、连续复合矩形箍柱等几种类型。这种混凝土柱的支撑原理是使用复合型或者螺旋型的钢箍来对混凝土的核心进行约束，使其能够产生横向的受压变力，从而将混凝土置于三向受力的平衡状态，促进其强度和延展性的提升。[1]在设计使用箍筋约束这种类型的混凝土柱时，需要将承重柱的横截面设计为圆形，以增加它的耐久性。这种类型的混凝土柱优点是柱体坚固，耐久性强；但缺点也同样明显，它不仅适用性与灵活性较差，在进行钢箍的焊接时，程序比较繁琐，而且对钢的用量较大，三向压力很难构成绝对平衡，因此对于提升承重柱的压力作用不大。

1.2钢纤维混凝土柱。这种混凝土是以水泥为主体，将短小的钢纤维随机掺杂进去的组合类型。其中的钢纤维能够阻滞延迟混凝土裂缝的产生，使这种混凝土具有较强的拉伸能力，由这种混凝土构成的建筑承重柱的支护功能比较强。[2]加上其施工工艺较为简单，对于人力与物力都是较大的节约，只需配备一台喷射机与搅拌机，就能完成这种类型混凝土的输送、浇筑和与捣实等工序，从而可以取得比较不错的经济效益。

1.3钢管混凝土柱。钢管混凝土柱指的是向钢管中填充混凝土而形成的构件。在这种类型中，圆钢管的应用是最广泛的，方钢与异型的钢管只在特殊的情况下使用。通过注入粘性混凝土，钢管的承载力得到了极大地加强。从而获得了远超出“1+1=2”的承载效果。这种混凝土柱具有良好的塑性和抗震性能。此外，这种混凝土的经济效果也比较明显，可以将材料的节约率都提升50%以上，自重只有原来的30%。

1.4钢骨混凝土柱。这种类型的混凝土柱指的是在钢筋混凝土柱中配加钢骨，还有构造钢筋和少量的受力钢筋。钢骨混凝土柱的连接梁筋在柱两侧断开，但应与柱钢骨边缘可靠焊接，并在柱型钢翼缘之间的梁筋水平处设置足够刚强的加劲肋。[3]为便于浇灌节点核心区的混凝土，加劲肋可以不是通长的，仅在柱型钢翼缘处局部设置。大多数情况下，节点区仅靠型钢抗剪其强度已足够，否则可增加节点区的加劲板来增强抗剪能力。混凝土中配置较多的钢材，能有效地减少柱截面尺寸，满足建筑功能要求。同时，钢骨可以承担施工荷载，可作为施工荷载的承力系统。

2高层建筑结构承重柱的轴压比限值

2.1柱中轴压比是影响延性的主要因素之一，而影响混凝土柱延性的主要原因在于混凝土部分所分担的轴压力。确定一个合适的轴压比限值，以使混凝土柱的抗震延性得到满足，十分重要。同时轴压比是影响承重柱的破坏形态和变形能力的重要因素。为了保证钢筋混凝土柱具有足够的延性，对柱的轴压比限值做出了规定，希望框架发生大偏心受压破坏，保证框架柱在地震作用下发生大变形时具有较好的延性，从而保证框架结构有足够的变形能力。实现框架大震不倒的抗震设计目标。

2.2在设计承重柱的施工方案时，对于轴压比值的确定还需要考虑到所采用的混凝土的强度等级这方面因素的影响，通常来讲，不同混凝土强度等级对于其构件的延性影响较大，等级越高的混凝土，其刚度就越大，自然构件的延性就越差，在受到外力作用时越容易遭到脆性破坏。为此，在选择承重柱的混凝土材料时，不可一味盲目追求刚度大，强度高以提高承重柱的受力能力，而应该充分考虑到建筑的抗震性能，在保证承重柱的刚度达到技术要求的范围时，就需要考虑到承重柱的轴压比是否会影响到延性的需求。但在采用强度等级较高的混凝土时，若能通过调节其配筋构造措施，满足承重柱的延性需求，则可以保持原有的轴压比值不变。

2.3不同种类的承重柱，其性能也有所不同，对于轴压比值的确定范围也略有差异，其轴压比值的确定分别如下所示：

钢纤维混凝土柱的性能。与普通混凝土类似，存在大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两种破坏形态。当钢纤维掺入量在1%-2%范围内，钢纤维混凝土抗压强度提高幅度较小。参照钢筋混凝土框架柱轴压比限值理论分析，钢纤维混凝土柱轴压比限值可略有提高。

钢管混凝土柱的性能。基于钢管混凝土压弯构件的水平力和位移恢复力特性的理论分析结果，钢管混凝土构件用于高层建筑中时，可采取限制长细比的办法，不必限定轴压比。

钢骨混凝土柱的性能，相关研究根据钢骨混凝土柱正截面承载力和低周期反复水平力作用下的静力试验结果，从钢骨混凝土柱界限破坏时内力的平衡条件出发，推导出轴压比的理论计算公式，经简化后提出了实用计算公式。计算表明，钢骨混凝土柱的轴压比限值一般比钢筋混凝土柱的轴压比限值高25%-50%。

3解决现阶段我国建筑结构承重柱设计存在问题的建议

针对上文提出的问题，笔者经过认真的研究，提出以下几点建议。

3.1合理提升承重柱截面高度。要在兼顾建筑尺寸与外形美观需求的同时，合理提升承重柱的截面高度。另外，选择柱的截面形式主要根据工程性质和使用要求确定，也要便于施工和制造、节约模板和保证结构的刚性。方形柱和矩形柱的截面模板最省，制作简便，使用广泛。方形适用于接近中心受压柱的情况；矩形是偏心受压柱截面的基本形式。单层厂房柱的弯矩较大，为了减轻自重、节约混凝土，同时满足强度和刚度要求，常采用薄壁工形截面的预制柱。当厂房的吊车吨位较大，根据吊车定位尺寸，需要加大柱截面高度时，为了节约和有效利用材料，可采用空腹格构式的双肢柱。双肢柱可以是现浇的或预制的，腹杆可做成斜的或水平的。

3.2根据现实情况选择合适的承重柱类型。选用箍筋约束混凝土柱、钢纤维混凝土柱和分体柱能有效地改善承重柱的抗震性能；选用高强混凝土柱、钢管混凝土柱和钢骨混凝土柱是承重柱截面尺寸减小的有效方法。为了充分发挥混凝土抗压强度高的优点，当柱承重较大时，通常采用较高的混凝土标号。纵向受力钢筋的数量，根据强度计算决定。为了保证施工时钢筋骨架的刚度及使用中承重柱的刚度，应采用大直径的纵向受力筋。

3.3对承重柱的压比限值进行精密计算。要对承重柱的压比限值进行精密地计算，确保每种类型的承重柱都能够选择合适的压力限值。在现阶段，建筑结构的承重柱正截面压比限值是通过受压区混凝土压碎来计算的。具体的测量方式为在受拉钢筋遭受不断增加的力量而未产生变形时，表现为受压破坏特征；反之则表现为受拉破坏特征，以此临界值来确定压力限值。

结束语

通过分析高层建筑承重柱设计中需要注意的问题，讨论应选择哪种承重柱作为主体来保持建筑物的荷载。车身在不同的施工条件和建筑要求下，以及不同的类型。确定承载柱的轴向压缩比。指出了短柱地震响应的解决方案。描述了承重柱在高层建筑结构设计中的优越性。随着建筑业的不断发展，人们认为承载柱的优良特性得到更广泛的应用。

参考文献

[1]林涛，宋妍.SATWE结果文件的分析及应用DD结合《建筑抗震设计规范》及《高层建筑混凝土结构技术规程》进行讨论[J].四川建筑，2016，04：181-182+186.

[2]林雪.关于高层建筑的剪重比的探讨[J].福建建设科技，2017，06：19-21.