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高層建筑抗震設計中短柱問題的處理

[11-20 17:27:01]   來源:http://www.laecpy.live  施工技術   閱讀:8142

概要:摘要:建筑抗震設計對結構構件有明確的延性要求。軸壓比和剪跨比是影響構件延性的最主要的兩個因素,也是一對互成矛盾的因素。關鍵詞:高層抗震 短柱引言在層高一定的情況下,為提高延性而降低軸壓比則會導致柱截面增大,且軸壓比越小截面越大;而截面增大導致剪跨比減小,又降低了構件的延性。因此,在高層特別是超高層建筑結構設計中,為滿足規程[1]對軸壓比限值的要求,柱子的截面往往比較大,在結構底部常常形成短柱甚至超短柱。另外,諸如圖書館的書庫、層高較低的儲藏室、高層建筑的地下車庫等由于使用荷載大,層高較低,在設計中也不可避免地會出現短柱。眾所周知,短柱的延性很差,尤其是超短柱幾乎沒有延性,在建筑遭受本地區設防烈度或高于本地區設防烈度的地震影響時,很容易發生剪切破壞而造成結構破壞甚至倒塌,無法滿足“中震可修,大震不倒”的設計準則。為了避免短柱脆性破壞問題在高層建筑中發生,筆者認為,首先要正確判定短柱,然后對短柱采取一些構造措施或處理,提高短柱的延性和抗震性能。1短柱的正確判定規程[1]和規范[2]都規定,柱凈高H與截面高度h之比H/h≤4為短柱,

高層建筑抗震設計中短柱問題的處理,標簽:建筑施工技術,施工技術總結,http://www.laecpy.live

  摘要:建筑抗震設計對結構構件有明確的延性要求。軸壓比和剪跨比是影響構件延性的最主要的兩個因素,也是一對互成矛盾的因素。

  關鍵詞:高層抗震 短柱

引言

  在層高一定的情況下,為提高延性而降低軸壓比則會導致柱截面增大,且軸壓比越小截面越大;而截面增大導致剪跨比減小,又降低了構件的延性。因此,在高層特別是超高層建筑結構設計中,為滿足規程[1]對軸壓比限值的要求,柱子的截面往往比較大,在結構底部常常形成短柱甚至超短柱。另外,諸如圖書館的書庫、層高較低的儲藏室、高層建筑的地下車庫等由于使用荷載大,層高較低,在設計中也不可避免地會出現短柱。眾所周知,短柱的延性很差,尤其是超短柱幾乎沒有延性,在建筑遭受本地區設防烈度或高于本地區設防烈度的地震影響時,很容易發生剪切破壞而造成結構破壞甚至倒塌,無法滿足“中震可修,大震不倒”的設計準則。為了避免短柱脆性破壞問題在高層建筑中發生,筆者認為,首先要正確判定短柱,然后對短柱采取一些構造措施或處理,提高短柱的延性和抗震性能。

  1短柱的正確判定

  規程[1]和規范[2]都規定,柱凈高H與截面高度h之比H/h≤4為短柱,工程界許多工程技術人員也都據此來判定短柱,這是一個值得注意的問題。因為確定是不是短柱的參數是柱的剪跨比λ,只有剪跨比λ=M/Vh≤2的柱才是短柱,而柱凈高與截面高度之比H/h≤4的柱其剪跨比λ不一定小于2,亦即不一定是短柱。按H/h≤4來判定的主要依據是:①λ=M/Vh≤2;②考慮到框架柱反彎點大都靠近柱中點,取M=0.5VH,則λ=M/Vh=0.5VH/Vh=0.5H/h≤2,由此即得H/h≤4.但是,對于高層建筑,梁、柱線剛度比較小,特別是底部幾層,由于受柱底嵌固的影響且梁對柱的約束彎矩較小,反彎點的高度會比柱高的一半高得多,甚至不出現反彎點,此時不宜按H/h≤4來判定短柱,而應按短柱的力學定義——剪跨比λ=M/Vh≤2來判定才是正確的。

  框架柱的反彎點不在柱中點時,柱子上、下端截面的彎矩值大小就不一樣,即Mt≠Mb.因此,框架柱上、下端截面的剪跨比大小也是不一樣的,即λt=Mt/Vh≠λb=Mb/Vh.此時,應采用哪一個截面的剪跨比來判斷框架柱是不是屬于短柱呢?筆者認為,應該采用框架柱上、下端截面中剪跨比的較大值,即取λ=max(λt,λb)。其理由如下:框架柱的受力情況有如一根受有定值軸壓力的連續梁,柱高Hn相當于連續梁的剪跨a,已有的試驗研究結果表明[10]:對于剪跨a不變的連續梁,當截面上、下配置的縱筋相同時,剪切破壞總是發生在彎矩較大的區段;對于框架柱,臨界斜裂縫也總是發生在彎矩較大的區段。

  事實上,在柱高Hn或連續梁剪跨a的范圍內,最大剪跨比是出現在彎矩較大區段上的。鋼筋砼構件的抗剪承載力是隨剪跨比λ增大而降低的。所以,同樣條件下,彎矩較大區段的截面抗剪承載力要比彎矩較小區段的小,在荷載作用下,如果發生剪切破壞,就只能是在彎矩較大區段上。用來判斷框架柱是否屬于短柱的剪跨比λ當然應是可能發生剪切破壞截面的剪跨比λ。

  一般情況下,在高層建筑的底部幾層,框架柱的反彎點都偏上,即Mb>Mt.此時,可按式(1)或式(2)判定短柱:

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