淺談框架結(jié)構(gòu)柱的軸壓比

楊占強

石家莊安泰建設(shè)監(jiān)理有限公司（050000）

隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展和施工技術(shù)的不斷提高,高層,超高層建筑如雨后春筍般的出現(xiàn)。由于層數(shù)的增加,使柱的軸向力加大 ,在設(shè)計鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和框剪結(jié)構(gòu)時,經(jīng)常會遇到柱的軸壓比問題。因此,在鋼筋混凝土框架柱的抗震設(shè)計中,應(yīng)綜合考慮影響柱子延性的各項因素,不應(yīng)顧此失彼。

1 影響框架柱延性的因素

1.1 框架柱的剪跨比=Hn/2h

試驗結(jié)果表明，剪跨比能大體反映出截面上彎曲正應(yīng)力和剪切應(yīng)力的比例關(guān)系，是決定框架柱延性破壞還是脆性破壞的主導(dǎo)因素。鋼筋混凝土框架柱剪跨比越大,延性越好。在一般配筋情況下,剪跨比大于2時，框架柱在水平剪力下彎曲破壞，對抗震有利；剪跨比小于2時，形成短柱，在水平剪力下剪切破壞。由于剪切破壞主要是斜截面上的彎剪主拉應(yīng)力引起的，受拉縱筋在破壞時有可能還沒有進人屈服，壓區(qū)混凝土存在較大的復(fù)合剪應(yīng)力，加速混凝土的壓潰，使柱子呈脆性破壞,對抗震不利。因此，規(guī)范對剪跨比小于2的短柱軸壓比的限值比一般柱子的限值減少0.05。

1.2 箍筋的形式和含量

以提高柱體積配箍率來改善柱軸壓比，要求軸壓比和配箍率及箍筋形式是影響框架柱延性的主要因素。隨著軸壓力的增大，構(gòu)件的延性在下降。隨著箍筋間距的減小,構(gòu)件的延性在增加。在地震反復(fù)作用下柱端鋼筋保護層往往首先碎落，這時如無足夠的箍筋約束，縱筋就會向外膨出,柱端破壞。箍筋的存在對柱核心混凝土起到有效的約束，限制了橫向變形，從而提高了混凝土的極限變形能力，起到了加強延性的作用。對抗震結(jié)構(gòu),良好的延性使結(jié)構(gòu)具有較大的塑性變形能力,同時又不喪失豎向承載力。在地震作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件通過彈塑性變形耗散能量，使結(jié)構(gòu)不倒塌。

1.3 框架柱的截面形狀

框架柱的截面形狀，將直接影響柱截面界限破壞時鋼筋和混凝土內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變分布，還將嚴重影響混凝土受壓邊緣的極限壓應(yīng)變試驗值。已有分析表明,圓形截面柱子軸壓比限值可達1.0以上。

1.4 混凝土強度等級

采用高強混凝土可以在不加大截面的情況下提高軸壓比，但由于現(xiàn)行混凝土設(shè)計規(guī)范主要是建立在普通混凝土受力性能基礎(chǔ)上的，而高強混凝土由于其低水灰比和多組分的特點，改善了骨料和水泥漿體之間的界面性能,增加離混凝土的密實程度，從而達到高強和耐久。從強度上看，高強混凝土比通常使用的混凝土高出很多。但由于這類混凝土在材料選擇和施工質(zhì)量控制上，需有嚴格的要求,在材料的性能上呈現(xiàn)顯著的脆性，延性即變形能力降低了。因此高強混凝土柱必須有較高的配筋率,包括較高的最小主筋配筋率和最小箍筋率，尤其在柱端的機密區(qū)必須有相當數(shù)量的箍筋。

1.5 縱向鋼筋的配筋率

增大縱向鋼筋配筋率,對軸壓比是有利的，在一定程度上能提高框架柱截面的延性。但縱向配筋量達一定值時,對變形能力的提高就很不明顯了,而且縱向鋼筋量過大，容易使柱子產(chǎn)生剪切破壞或粘結(jié)破壞，使延性變差。因此,抗震規(guī)范 中規(guī)定了框架柱的最小配筋率，即考慮了柱的延性。

1.6 外荷載的作用形式

外荷載的作用形式不同，框架柱的破壞形式往往也不同。考慮抗震時，地震作用的大小和方向不同,對鋼筋混凝土框架柱的抗震性能影響是不容忽視的。

1.7 采用鋼骨混凝土柱

采用鋼骨混凝土柱,鋼骨可采用型鋼,也可由鋼板和型鋼通過焊接、鉚接或螺栓連接拼接而成。

由混凝土包裹鋼骨形成的鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，可充分利用兩種材料的強度。該結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)相 比具有如下優(yōu)點∶①外包混凝土防止了鋼骨的局部屈曲,提高構(gòu)件的整體剛度，使鋼材的強度得以充分利用，節(jié)約鋼材；②具有更大的剛度和阻壓,有利于控制結(jié)構(gòu)的變形；③外包混凝土提高了結(jié)構(gòu)的耐火性和耐久性。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比較,鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)因配置了鋼骨使構(gòu)件承載力大為提高，有利于減小構(gòu)件截面尺寸，同時具有較大的延性和良好的抗震性能。因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)底部數(shù)層，采用鋼骨混凝土柱可減小柱截面尺寸,增加結(jié)構(gòu)承截力,提高結(jié)構(gòu)抗震性能。

2 結(jié)論

大量的試件試驗和研究表明，只要采取一定的措施，如增加配箍率，改進截面形狀和配箍形式,采用小直徑的縱向鋼筋等，即使框架柱的軸壓比超過規(guī)范允許的限值,它的延性也是可以保證的。也就是說,現(xiàn)行規(guī)范中的軸壓比限值,在一定條件下可以適當放寬。

在鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，由于水平剪力主要由剪力墻或筒體承擔，框架柱近似為軸壓構(gòu)件，作為軸壓構(gòu)件,理論上是沒有軸壓比問題，只有穩(wěn)定問題。因此,規(guī)范中關(guān)于鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)中柱的軸壓比限值可以進一步放寬。如減輕建筑物的恒載和活荷載；可以人為的將柱子留豎縫,使柱的剪跨比大于2,以達到規(guī)范的延性要求；允許框架柱的軸壓比超過規(guī)范的限值，但不得大于1.05。