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築結構設計中，為滿足規程[1]對軸壓比限值的要求，柱子的截面往往較大，在結構底部常常形成短柱甚至超短柱。
基本介紹
- 中文名：高層建築抗震設計短柱
- 基本內容：提高延性而降低軸壓
- 效果：提高短柱的延性和抗震性能
- 措施：使用複合螺旋箍筋
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基本內容
另外，諸如圖書館的書庫、層高較低的儲藏室、高層建築的地下車庫等由於使用荷載大、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，在建築遭受本地區設防烈度或高於本地區設防烈度的地震影響時，很容易發生剪下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築中發生，首先要正確判定短柱，然後對短柱採取一些構造措施或處理，提高短柱的延性和抗震性能。
正確判定
規程[1]和規範[2]都規定，柱淨高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。因為確定是否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，而柱淨高與截面高度之比H∶h≤4的柱其剪跨比λ不一定小於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，對於高層建築，梁、柱線剛度較小，特別是底部幾層，由於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。
事實上，在柱高Hn或連續梁剪跨a的範圍內，最大剪跨比出現在彎矩較大區段。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，如果發生剪下破壞，就只能是在彎矩較大區段上。用來判斷框架柱是否屬於短柱的剪跨比λ當然應是可能發生剪下破壞截面的剪跨比λ。
改善措施
當按剪跨比λ判定柱子不是短柱時，按一般框架柱的抗震要求採取構造措施即可；確定為短柱後，就應當儘量提高短柱的承載力，減小短柱的截面尺寸，採取各種有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。
1、使用複合螺旋箍筋。高層建築框架柱的抗剪能力是應該滿足剪壓比限值和“強剪弱彎”要求的，柱端的抗彎承載力也是應該滿足“強柱弱梁”要求的。對於短柱，只要符合“強剪弱彎”和“強柱弱梁”的要求，是能夠做到使其不發生剪下型破壞的。
2、採用分體柱。由於短柱的抗彎承載力比抗剪承載力要大得多，在地震作用下往往是因剪下而失效，其抗彎強度不能完全發揮。因此，可人為地削弱短柱的抗彎強度，使抗彎強度相應於或略低於抗剪強度，這樣，在地震作用下，柱子將首先達到抗彎強度，從而呈現出延性的破壞狀態。
3、採用鋼骨砼柱。鋼骨砼柱由鋼骨和外包砼組成。鋼骨通常採用由鋼板焊接拼制或直接扎制而成的工字形、口字形、十字形截面。由於鋼骨砼柱充分發揮了鋼與砼兩種材料的特點，具有截面尺寸小、自重輕、延性好以及優越的技術經濟指標等特點，如果在高層或超高層鋼筋砼結構下部的若干層採用鋼骨砼柱，可大大減小柱的截面尺寸，顯著改善結構的抗震性能。
4、採用鋼管砼柱。鋼管砼是由砼填入薄壁圓形鋼管內而形成的組合結構材料，是套箍砼的一種特殊形式。由於鋼管內的砼受到鋼管的側向約束，使砼處於三向受壓狀態，從而使砼的抗壓強度和極限壓應變得到很大提高，砼特別是高強砼的延性得到顯著改善。
總結
1、確定是否短柱不宜按H∶h≤4來判別，而應按剪跨比λ=M∶Vh≤2來判別。
2、當按剪跨比λ判定柱子不是短柱時，按一般框架柱的抗震要求採取構造措施即可；確為短柱，就應當儘量提高短柱的承載力，減小短柱的截面尺寸，採取各種有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。
