建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中提高短柱延性的分析

姜軍

摘 要：在現(xiàn)在社會(huì)不斷發(fā)展的過程中，對(duì)于建筑物的施工和設(shè)計(jì)也不再局限傳統(tǒng)的建筑模式，在目前越來越多的高層建筑物在我國得到廣泛的發(fā)展。盡管高層建筑物對(duì)促使我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)提升起到非常重要的作用，但是現(xiàn)在社會(huì)上存在的高層建筑物在施工和設(shè)計(jì)上還存在一定問題。盡管在現(xiàn)在社會(huì)上存在的計(jì)算機(jī)軟件能夠在高層建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候發(fā)揮很大的作用，但是在設(shè)計(jì)中的一些工作還需要建筑設(shè)計(jì)人員手動(dòng)操作。在建筑設(shè)計(jì)人員對(duì)高層建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要全面參考整個(gè)建筑軟件計(jì)算結(jié)果，借以確定整個(gè)建筑物的受力情況。另外在現(xiàn)在高層建筑施工的過程中還需要采取一定技術(shù)方法提高建筑施工中短柱的延性，因此，本文主要針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中提高短柱延性進(jìn)行深入分析。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；短柱延性；改善措施

要想保證現(xiàn)在社會(huì)上存在的高層建筑物的質(zhì)量和使用壽命有一定提升，除了需要在進(jìn)行施工的時(shí)候?qū)φ麄€(gè)高層建筑物的施工技術(shù)起到高度重視，還需要對(duì)整個(gè)建筑設(shè)計(jì)中的短柱延性提高進(jìn)行深入分析。這樣做的根本目的在于保證整體建筑物的穩(wěn)定性和抗震性。但是在實(shí)際高層建筑短柱延性提高的過程中還存在一定問題，這就需要對(duì)其中存在的問題進(jìn)行深入研究，并根據(jù)分析結(jié)果提出有效措施，進(jìn)一步促使我國高層建筑設(shè)計(jì)得到更好的實(shí)施。

1 短柱的判定方法

按照文件的規(guī)定柱凈高H與截面高度h之比H/h≤4稱為短柱，在工程界，工程技術(shù)人員往往都按該準(zhǔn)則來判定短柱。這個(gè)判定式只與柱的截面和層高有關(guān)系，與柱的內(nèi)力沒有關(guān)系。實(shí)際上，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)的理論分析短柱的確定依據(jù)是柱的剪跨比入，剪跨比入=M/Vh≤2才是短柱，而柱凈高與截面高度之比H/h≤4時(shí)，其剪跨比？姿卻不一定小于2，也即不一定是短柱而設(shè)計(jì)人員按H/h≤4來判定短柱的主要依據(jù)是：①？姿=M/Vh≤2；②由于框架柱反彎點(diǎn)大都靠近柱中點(diǎn)，取M=0.5VH，則？姿=M/Vh=0.5VH/Vh=0.5H/h≤2，也即有H/h≤4。但對(duì)于高層建筑梁、柱線剛度較小，尤其是底部幾層，受到柱底嵌固的影響，且梁對(duì)柱的約束彎矩也較小，反彎點(diǎn)的高度會(huì)比柱高的一半高，甚至可能不出現(xiàn)反彎點(diǎn)此時(shí)不應(yīng)該按H/h≤4來判定，而應(yīng)按短柱的力學(xué)定義：剪跨比？姿=M/Vh≤2來判定。

2 改進(jìn)措施

根據(jù)前面對(duì)短柱的判定來說，在高層建筑設(shè)計(jì)和施工的過程中使用相應(yīng)短柱結(jié)構(gòu)對(duì)于提升整個(gè)建筑物的穩(wěn)定性和抗震性起到非常重要的作用。但是由于短柱自身的特點(diǎn)，導(dǎo)致其在高層建筑物中使用并不能全面提高自身延性，這樣對(duì)保證高層建筑物自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性還存在一定弊端，針對(duì)于這一點(diǎn)就需要在對(duì)高層建筑物施工的時(shí)候采取有效的方法提升整個(gè)建筑物中短柱的延性，保證建筑物的質(zhì)量和穩(wěn)定性有所提高。對(duì)于提高短柱自身延性來說，在實(shí)施的時(shí)候還存在一些問題，這些問題的存在對(duì)提高短柱自身延性產(chǎn)生很大的阻礙作用，針對(duì)于這一點(diǎn)就需要在進(jìn)行短柱延性提高的過程中，對(duì)其自身存在的問題進(jìn)行深入分析，并根據(jù)分析結(jié)果提出有效改善措施。

2.1 使用鋼管混凝土柱

在整個(gè)高層建筑物施工的過程中不僅僅需要對(duì)整個(gè)建筑物結(jié)構(gòu)和施工環(huán)境有一個(gè)全面的了解，還需要保證在整個(gè)高層建筑物施工的過程中對(duì)其自身使用的材料也起到高度重視，這樣對(duì)于促使整個(gè)高層建筑施工的順利實(shí)施起到不可忽視的作用。對(duì)于在現(xiàn)在高層建筑中的短柱延性提高中問題來說，還需要采取一定技術(shù)手段對(duì)其中存在的問題進(jìn)行有效解決。在對(duì)整個(gè)建筑短柱進(jìn)行研究中，發(fā)現(xiàn)阻礙短柱延性提高的因素主要表現(xiàn)在短柱自身強(qiáng)度不符合整個(gè)高層建筑的施工標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下就需要采取一定技術(shù)手段提高短柱自身強(qiáng)度。眾所周知在建筑施工中使用一定鋼筋混凝土材料，對(duì)于提升整個(gè)建筑物自身質(zhì)量和穩(wěn)定性起到非常重要的作用，因此將鋼筋混凝土制成高層建筑施工中需要的短柱，能夠有效提高短柱自身延性。在對(duì)鋼筋混凝土柱進(jìn)行研究中發(fā)現(xiàn)其自身本身就會(huì)受到鋼管的側(cè)向約束，在發(fā)生這種情況的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致整個(gè)短柱呈現(xiàn)三向受力的情況，有效將短柱承受的作用力進(jìn)行有效分散，增加混凝土自身抗壓強(qiáng)度。另外在短柱上應(yīng)用一定鋼筋混凝土，對(duì)提升短柱自身延性也起到非常重要的作用。在進(jìn)行鋼筋混凝土柱使用的時(shí)候還需要保證其自身涉及的數(shù)據(jù)都能夠符合建筑施工要求，這樣對(duì)于提高整個(gè)建筑物質(zhì)量和穩(wěn)定性起到非常重要的作用。在進(jìn)行施工的時(shí)候還需要對(duì)鋼筋混凝土自身抗壓性有一個(gè)全面的考慮，保證在施工的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)受壓區(qū)遭受破壞的現(xiàn)象，這樣對(duì)于保證整個(gè)高層建筑物中鋼筋混凝土柱的穩(wěn)定性起到非常重要的作用。另外在進(jìn)行鋼筋混凝土柱施工的時(shí)候，還需要對(duì)其自身涉及的數(shù)據(jù)與建筑整體進(jìn)行有效結(jié)合，有效保證建筑施工的順利進(jìn)行和承載力的計(jì)算。在相應(yīng)數(shù)據(jù)計(jì)算中可以發(fā)現(xiàn)將高強(qiáng)混凝土和適當(dāng)?shù)墓拷钪笜?biāo)進(jìn)行有效結(jié)合的過程中，可以有效增加整個(gè)施工過程中的短柱承載力，使其具有一定抗震能力。

2.2 使用鋼骨混凝土柱

由鋼骨和外包混凝土組成鋼骨混凝土柱。鋼骨通常采用工字形、口字形、十字形截面的鋼板。與鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼骨混凝土柱外包的混凝土，能夠防止鋼構(gòu)件的局部屈曲，增強(qiáng)柱的整體剛度，從而顯著改善鋼構(gòu)件出平面的扭轉(zhuǎn)屈曲性能，也可以充分發(fā)揮鋼材的強(qiáng)度。使用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，可比一般鋼結(jié)構(gòu)節(jié)約鋼材用量50%以上。相比于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于鋼骨的配置大大提高了柱子的承載力，從而有效地減小了柱截面尺寸；由于箍筋與鋼骨翼緣對(duì)混凝土的約束作用，混凝土的延性得到了提高，加上鋼骨自身的塑性使鋼骨混凝土柱具有良好的延性和耗能能力。

2.3 使用分體柱

由于短柱的抗剪承載力比抗彎承載力要小得多，在地震作用下往往是因剪壞而失效，不能完全發(fā)揮其抗彎強(qiáng)度。因此，可人為地減小短柱的抗彎強(qiáng)度，使抗彎強(qiáng)度略低于抗剪強(qiáng)度，這樣在地震作用下，柱子將首先達(dá)到抗彎強(qiáng)度而呈現(xiàn)出延性的破壞狀態(tài)。為了減小抗彎強(qiáng)度可以人為地在柱中沿豎向設(shè)縫，把短柱分為2或4個(gè)柱肢組成的分體柱，分體柱的各柱肢分開配筋。此外，可以在組成分體柱的柱肢之間設(shè)置一些連接鍵，以提高它的初期剛度和后期耗能能力。理論分析以及試驗(yàn)研究表明：使用分體柱，柱子的抗剪承載力基本不變，但抗彎承載力略有降低，這使得柱子的延性和變形能力均得到顯著提高，其破壞形態(tài)也由剪切型轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢?，從而?shí)現(xiàn)了短柱變“長柱”的設(shè)想。

結(jié)束語

當(dāng)按剪跨比判定柱子確為短柱時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量減小短柱的截面尺寸，提高短柱的承載力，使用各種有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。使用分體柱等方法，均可有效地改善短柱的抗震性能；采用鋼管混凝土、鋼骨混凝土等新結(jié)構(gòu)，可明顯提高柱的承載力，減少柱截面尺寸，從而避免在下部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)短柱尤其是超短柱。

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