建筑结构设计中提高短柱延性的分析

姜军

摘 要：在现在社会不断发展的过程中，对于建筑物的施工和设计也不再局限传统的建筑模式，在目前越来越多的高层建筑物在我国得到广泛的发展。尽管高层建筑物对促使我国社会经济提升起到非常重要的作用，但是现在社会上存在的高层建筑物在施工和设计上还存在一定问题。尽管在现在社会上存在的计算机软件能够在高层建筑设计的时候发挥很大的作用，但是在设计中的一些工作还需要建筑设计人员手动操作。在建筑设计人员对高层建筑物进行设计的时候，需要全面参考整个建筑软件计算结果，借以确定整个建筑物的受力情况。另外在现在高层建筑施工的过程中还需要采取一定技术方法提高建筑施工中短柱的延性，因此，本文主要针对建筑结构设计中提高短柱延性进行深入分析。

关键词：结构设计；短柱延性；改善措施

要想保证现在社会上存在的高层建筑物的质量和使用寿命有一定提升，除了需要在进行施工的时候对整个高层建筑物的施工技术起到高度重视，还需要对整个建筑设计中的短柱延性提高进行深入分析。这样做的根本目的在于保证整体建筑物的稳定性和抗震性。但是在实际高层建筑短柱延性提高的过程中还存在一定问题，这就需要对其中存在的问题进行深入研究，并根据分析结果提出有效措施，进一步促使我国高层建筑设计得到更好的实施。

1 短柱的判定方法

按照文件的规定柱净高H与截面高度h之比H/h≤4称为短柱，在工程界，工程技术人员往往都按该准则来判定短柱。这个判定式只与柱的截面和层高有关系，与柱的内力没有关系。实际上，根据结构力学和材料力学的理论分析短柱的确定依据是柱的剪跨比入，剪跨比入=M/Vh≤2才是短柱，而柱净高与截面高度之比H/h≤4时，其剪跨比？姿卻不一定小于2，也即不一定是短柱而设计人员按H/h≤4来判定短柱的主要依据是：①？姿=M/Vh≤2；②由于框架柱反弯点大都靠近柱中点，取M=0.5VH，则？姿=M/Vh=0.5VH/Vh=0.5H/h≤2，也即有H/h≤4。但对于高层建筑梁、柱线刚度较小，尤其是底部几层，受到柱底嵌固的影响，且梁对柱的约束弯矩也较小，反弯点的高度会比柱高的一半高，甚至可能不出现反弯点此时不应该按H/h≤4来判定，而应按短柱的力学定义：剪跨比？姿=M/Vh≤2来判定。

2 改进措施

根据前面对短柱的判定来说，在高层建筑设计和施工的过程中使用相应短柱结构对于提升整个建筑物的稳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点，导致其在高层建筑物中使用并不能全面提高自身延性，这样对保证高层建筑物自身结构的稳定性还存在一定弊端，针对于这一点就需要在对高层建筑物施工的时候采取有效的方法提升整个建筑物中短柱的延性，保证建筑物的质量和稳定性有所提高。对于提高短柱自身延性来说，在实施的时候还存在一些问题，这些问题的存在对提高短柱自身延性产生很大的阻碍作用，针对于这一点就需要在进行短柱延性提高的过程中，对其自身存在的问题进行深入分析，并根据分析结果提出有效改善措施。

2.1 使用钢管混凝土柱

在整个高层建筑物施工的过程中不仅仅需要对整个建筑物结构和施工环境有一个全面的了解，还需要保证在整个高层建筑物施工的过程中对其自身使用的材料也起到高度重视，这样对于促使整个高层建筑施工的顺利实施起到不可忽视的作用。对于在现在高层建筑中的短柱延性提高中问题来说，还需要采取一定技术手段对其中存在的问题进行有效解决。在对整个建筑短柱进行研究中，发现阻碍短柱延性提高的因素主要表现在短柱自身强度不符合整个高层建筑的施工标准。在这种情况下就需要采取一定技术手段提高短柱自身强度。众所周知在建筑施工中使用一定钢筋混凝土材料，对于提升整个建筑物自身质量和稳定性起到非常重要的作用，因此将钢筋混凝土制成高层建筑施工中需要的短柱，能够有效提高短柱自身延性。在对钢筋混凝土柱进行研究中发现其自身本身就会受到钢管的侧向约束，在发生这种情况的时候会导致整个短柱呈现三向受力的情况，有效将短柱承受的作用力进行有效分散，增加混凝土自身抗压强度。另外在短柱上应用一定钢筋混凝土，对提升短柱自身延性也起到非常重要的作用。在进行钢筋混凝土柱使用的时候还需要保证其自身涉及的数据都能够符合建筑施工要求，这样对于提高整个建筑物质量和稳定性起到非常重要的作用。在进行施工的时候还需要对钢筋混凝土自身抗压性有一个全面的考虑，保证在施工的时候不会出现受压区遭受破坏的现象，这样对于保证整个高层建筑物中钢筋混凝土柱的稳定性起到非常重要的作用。另外在进行钢筋混凝土柱施工的时候，还需要对其自身涉及的数据与建筑整体进行有效结合，有效保证建筑施工的顺利进行和承载力的计算。在相应数据计算中可以发现将高强混凝土和适当的箍筋指标进行有效结合的过程中，可以有效增加整个施工过程中的短柱承载力，使其具有一定抗震能力。

2.2 使用钢骨混凝土柱

由钢骨和外包混凝土组成钢骨混凝土柱。钢骨通常采用工字形、口字形、十字形截面的钢板。与钢结构相比，钢骨混凝土柱外包的混凝土，能够防止钢构件的局部屈曲，增强柱的整体刚度，从而显著改善钢构件出平面的扭转屈曲性能，也可以充分发挥钢材的强度。使用钢骨混凝土结构，可比一般钢结构节约钢材用量50%以上。相比于钢筋混凝土结构，由于钢骨的配置大大提高了柱子的承载力，从而有效地减小了柱截面尺寸；由于箍筋与钢骨翼缘对混凝土的约束作用，混凝土的延性得到了提高，加上钢骨自身的塑性使钢骨混凝土柱具有良好的延性和耗能能力。

2.3 使用分体柱

由于短柱的抗剪承载力比抗弯承载力要小得多，在地震作用下往往是因剪坏而失效，不能完全发挥其抗弯强度。因此，可人为地减小短柱的抗弯强度，使抗弯强度略低于抗剪强度，这样在地震作用下，柱子将首先达到抗弯强度而呈现出延性的破坏状态。为了减小抗弯强度可以人为地在柱中沿竖向设缝，把短柱分为2或4个柱肢组成的分体柱，分体柱的各柱肢分开配筋。此外，可以在组成分体柱的柱肢之间设置一些连接键，以提高它的初期刚度和后期耗能能力。理论分析以及试验研究表明：使用分体柱，柱子的抗剪承载力基本不变，但抗弯承载力略有降低，这使得柱子的延性和变形能力均得到显著提高，其破坏形态也由剪切型转变为弯曲型，从而实现了短柱变“长柱”的设想。

结束语

当按剪跨比判定柱子确为短柱时，应当尽量减小短柱的截面尺寸，提高短柱的承载力，使用各种有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。使用分体柱等方法，均可有效地改善短柱的抗震性能；采用钢管混凝土、钢骨混凝土等新结构，可明显提高柱的承载力，减少柱截面尺寸，从而避免在下部结构出现短柱尤其是超短柱。

参考文献

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