一些冶金結(jié)構(gòu)短柱問題探討

朱帥帥

摘要：本文主要針對冶金建筑噴煤主廠房、框槽等類似建筑出現(xiàn)的短柱問題進(jìn)行了探討，基于短柱的判定及出現(xiàn)的可能情況，結(jié)合筆者的多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：冶金廠房;短柱判定;短柱處理措施

一 短柱的判定：

冶金工業(yè)建筑高爐框槽、噴煤等框架（含倉）結(jié)構(gòu)，因?yàn)楹奢d很大，導(dǎo)致框架柱子截面尺寸很大，在工藝層高確定的情況下，很容易形成短柱，尤其當(dāng)工藝布置不合理——有錯(cuò)層的存在，就更加容易形成短柱。關(guān)于短柱的判定，如下所述：

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》都有規(guī)定：剪跨比λ=M/Vh≤2或Hn/h≤4為短柱，其中Hn為柱凈高與h為柱截面高度。

工程中，設(shè)計(jì)人員一般以Hn/h≤4為短柱來判定短柱，這是一個(gè)值得關(guān)注的問題。因?yàn)榇_定是不是短柱的本質(zhì)是以剪跨比λ=M/Vh≤2來判別的，而柱凈高與截面高度之比Hn/h≤4僅是一種簡化判別，在此種條件下其剪跨比λ不一定小于2，亦即不一定是短柱。按Hn/h≤4來判定的是基于：①λ=M/Vh≤2;②考慮到框架柱反彎點(diǎn)大都靠近柱中點(diǎn)，取M=0.5VH，則λ=M/Vh=0.5VH/Vh=0.5H/h≤2，由此即得Hn/h≤4。但是，對于高層建筑及一些工業(yè)建構(gòu)筑物，梁、柱線剛度比較小，特別是底部幾層及層高變化較大時(shí)，反彎點(diǎn)的高度會比柱高的一半高得多，甚至不出現(xiàn)反彎點(diǎn)，此時(shí)不宜按Hn/h≤4來判定短柱，而應(yīng)按短柱的力學(xué)定義--剪跨比λ=M/Vh≤2來判定才更合理。

框架柱的反彎點(diǎn)不在柱中點(diǎn)時(shí)，柱子上、下端截面的彎矩值就不同。因此，對于柱上、下端截面的剪跨比大小不同時(shí)，即λt=Mt/Vh≠λb=Mb/Vh時(shí)，筆者建議采用最不利情況，即框架柱上、下端截面中剪跨比的較大值。理由如下：

1、框架柱的受力情況有如一根受有定值軸壓力的連續(xù)梁，柱高Hn相當(dāng)于連續(xù)梁的剪跨a，已有的試驗(yàn)研究結(jié)果表明對于剪跨a不變的連續(xù)梁，當(dāng)截面采用對稱配筋時(shí)，剪切破壞總是發(fā)生在彎矩較大區(qū)段;

2、對于框架柱，臨界斜裂縫也總是發(fā)生在彎矩較大區(qū)段;

3、鋼筋砼構(gòu)件的抗剪承載力是隨剪跨比λ增大而降低的。

故同等條件下，彎矩大側(cè)的截面抗剪承載力要比彎矩小側(cè)的小，若發(fā)生剪切破壞，就只能是在彎矩較大側(cè)。

設(shè)計(jì)中可先按Hn/h≤4法初步判定是否是短柱。在施工圖設(shè)計(jì)階段，可根據(jù)程序提供的剪跨比λ判別選項(xiàng)來判斷。現(xiàn)行的軟件如PKPM、YJK等都提供了相應(yīng)的選項(xiàng)。

二 短柱形成的大致情況：

結(jié)構(gòu)中的短柱根據(jù)本文中“一”所述，所謂“凈高”包括因嵌砌填充墻等情況形成的柱。在實(shí)際工程中，應(yīng)特別注意：框架柱間砌筑不到頂?shù)母魤?、窗間墻以及樓梯間休息平臺使框架柱變成短柱。還應(yīng)注意計(jì)算的方向，柱子的截面高度應(yīng)選取沿填充墻平面內(nèi)的柱子截面尺寸。

短柱出現(xiàn)的幾種常見情況：

1、錯(cuò)層形成的短柱：出現(xiàn)于樓層不同標(biāo)高相連接的柱;

2、夾層所形成的短柱。出現(xiàn)于帶局部夾層處，含樓梯間休息平臺使框架柱變成短柱;

3、層高變化較大，在層高較小的樓層所形成的全層短柱：工業(yè)建筑尤其容易出現(xiàn)此種情況。

4、剛性填充墻所形成短柱。這是柱被剛性裝修所約束形成的短柱。雖然柱子本身較高，但在構(gòu)造上仍應(yīng)按短柱對待。

以上第4種情況中所謂的“剛性填充墻”：一般是指砌體填充墻且剛性連接。在2010版砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中給出了砌體填充墻與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛性及柔性連接方法。其余填充墻是剛性還是柔性，筆者建議主要看填充墻體材料自身的剛度及與對框架柱的約束程度。一般而言，各類建筑幕墻（按幕墻做法），如玻璃幕墻、石材幕墻、鋁板或鋼板幕墻、混凝土幕墻等均按柔性填充墻考慮。

三 短柱的對應(yīng)措施

在地震作用下，短柱抗側(cè)剛度大，分擔(dān)的地震剪力增多，易發(fā)生脆性破壞，引起建筑物或構(gòu)筑物的嚴(yán)重破壞甚至倒塌。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)盡可能避免形成短柱，工業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，易采取如下措施：

1、從方案出發(fā)，采取如下措施：

（1）同工藝協(xié)商，使其調(diào)整平臺，避免形成錯(cuò)層;

（2）同工藝協(xié)商，調(diào)整操作平臺標(biāo)高，減少層高的劇烈變化。

（3）同建筑專業(yè)協(xié)商，確定合理填充墻方案，必要時(shí)可調(diào)整為柔性墻體。

對于工業(yè)建筑，在短柱無法避免時(shí)，應(yīng)盡可能避開錯(cuò)層導(dǎo)致的短柱，使之形成為整層短柱，這樣至少保證樓層剪力的均勻非配，而不至剪力集中被部分短柱吸收，對高烈度地區(qū)尤其應(yīng)注意。

2、從具體結(jié)構(gòu)出發(fā)，采取如下措施：

（1）合理布置剛性填充墻體，在形成短柱處采用柔性連接;

（2）短柱應(yīng)采用復(fù)合箍筋、螺旋箍筋、X形配筋、外包鋼板箍等;

（3）其他合理并經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證的構(gòu)造措施，如分割短柱等。

短柱設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)主要注意的事項(xiàng)有：

1、增強(qiáng)截面的受剪承載力;

2、控制軸壓比;

3、受拉鋼筋較多時(shí)，容易發(fā)生沿受拉縱筋通裂破壞，應(yīng)控制縱向配筋率，或加強(qiáng)箍筋配置;

4、增加箍筋的體積配箍率;柱的箍筋需全高加密;

5、應(yīng)避免出現(xiàn)跨比小于1.5的柱。

參考文獻(xiàn)

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[4]王文棟. 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造手冊[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016

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