一般建筑抗震设计中短柱问题如何处理？  ,提高,强度

1短柱的正确判定
　　规程和规范都规定，柱净高H与截面高度h之比H／h≤4为短柱，工程界许多工程技术人员也都据此来判定短柱，这是一个值得注意的问题。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比λ，只有剪跨比λ＝M／Vh≤2的柱才是短柱，而柱净高与截面高度之比H／h≤4的柱其剪跨比λ不一定小于2，亦即不一定是短柱。按H／h≤4来判定的主要依据是：①λ＝M／Vh≤2；②考虑到框架柱反弯点多数靠近柱中点，取M＝0.5VH，则λ＝M／Vh＝0.5VH／Vh＝0.5H／h≤2，由此即得H／h≤4.但是，对付高层建筑，梁、柱线刚度比较小，特别是底部几层，由于受柱底嵌固的影响且梁对柱的约束弯矩较小，反弯点的高度会比柱高的一半高得多，甚至不出现反弯点，此时不宜按H／h≤4来判定短柱，而应按短柱的力学界说——剪跨比λ＝M／Vh≤2来判定才是正确的。 
　　框架柱的反弯点不在柱中点时，柱子上、下端截面的弯矩值巨细就不一样，即Mt≠Mb.因此，框架柱上、下端截面的剪跨比巨细也是不一样的，即λt＝Mt／Vh≠λb＝Mb／Vh.此时，应接纳哪一个截面的剪跨最近判断框架柱是不是属于短柱呢？笔者认为，应该接纳框架柱上、下端截面中剪跨比的较大值，即取λ＝max（λt，λb）。其理由如下：框架柱的受力情况有如一根受有定值轴压力的连续梁，柱高Hn相当于连续梁的剪跨a，已有的试验研究结果证明：对付剪跨a稳定的连续梁，当截面上、下配置的纵筋相同时，剪切破坏总是产生在弯矩较大的区段；对付框架柱，临界斜裂缝也总是产生在弯矩较大的区段。 
　　事实上，在柱高Hn或连续梁剪跨a的范畴内，最大剪跨比是出现在弯矩较大区段上的。钢筋砼构件的抗剪承载力是随剪跨比λ增大而降低的。所以，同样条件下，弯矩较大区段的截面抗剪承载力要比弯矩较小区段的小，在荷载作用下，如果产生剪切破坏，就只能是在弯矩较大区段上。用来判断框架柱是否属于短柱的剪跨比λ虽然应是可能产生剪切破坏截面的剪跨比λ。 
　　一般情况下，在高层建筑的底部几层，框架柱的反弯点都偏上，即Mb＞Mt.此时，可按式（1）或式（2）判定短柱： 
　　或Hn／h≤2／yn（2） 
　　式中，yn- -n层柱的反弯点高度比，凭据几何关系，可得：yn＝1／（1＋Ψ），其中，Ψ＝Mt／Mb，0≤Ψ≤1； 
　　Hn- -n层柱的净高。来源：www.examda.com
　　式（2）具有一般性。当反弯点在柱中点时，Ψ＝1，yn＝0.5，式（2）即成为Hn／h≤4；当反弯点在柱上端截面时，Ψ＝0，yn＝1，式（2）即成为Hn／h≤2；如果框架柱上不出现反弯点，就应接纳最大弯矩作用截面的剪跨比λ＝M／Vh≤2来判断短柱。 
　　当需要开端判断框架柱是否属于短柱时，可先按D值法确定柱子的反弯点高度比yn，然后按式（2）判断短柱。在施工图设计阶段，可凭据电算结果作进一步判断。 
　　改进短柱抗震性能的办法 
　　当按剪跨比λ判定柱子不是短柱时，按一般框架柱的抗震要求接纳结构办法即可；确定为短柱后，就应当尽量提高短柱的承载力，减小短柱的截面尺寸，接纳种种有效办法提高短柱的延性，改进短柱的抗震性能。 
　　1使用复合螺旋箍筋 
　　高层建筑框架柱的抗剪能力是应该满足剪压比限值和“强剪弱弯”要求的，柱真个抗弯承载力也是应该满足“强柱弱梁”要求的。对付短柱，只要相符“强剪弱弯”和“强柱弱梁”的要求，是能够做到使其不产生剪切型破坏的。因此，使用复合螺旋箍筋来提高柱子的抗剪承载力，改进对砼的约束作用，能够到达改进短柱抗震性能的目的。 
　　2接纳分体柱 
　　由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多，在地行动用下往往是因剪坏而失效，其抗弯强度不克完全发挥。因此，可人为地削弱短柱的抗弯强度，使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度，这样，在地行动用下，柱子将首先到达抗弯强度，从而出现出延性的破坏状态。 
　　人为削弱抗弯强度的要领，可以在柱中沿竖向设缝将短柱分为2或4个柱肢组成的分体柱，分体柱的各柱肢离开配筋。在组身分体柱的柱肢之间可以设置一些连接键，以增强它的初期刚度和后期耗能能力。一般，连接键有通缝、预制离开板、预应力摩擦阻尼器、素砼连接键等形式。 
　　对分体柱劳动性态的理论剖析和试验研究证明：接纳分体柱的要领虽然使柱子的抗剪承载力基本稳定，抗弯承载力稍有降低，但是使柱子的变形能力和延性均得到显著提高，其破坏形态由剪切型转化为弯曲型，从而实现了短柱变“长柱”的设想，有效地改进了短柱尤其是剪跨比λ≤1.5的超短柱的抗震性能。分体柱要领已在实际工程中得到应用。 
    2.3接纳钢骨砼柱
　　钢骨砼柱由钢骨和外包砼组成。钢骨通常接纳由钢板焊接拼制或直接扎制而成的工字形、口字形、十字形截面。 
　　与钢结构相比，钢骨砼柱的外包砼可以防备钢构件的局部屈曲，提高柱的整体刚度，显著改进钢构件出平面扭转屈曲性能，使钢材的强度得以富裕发挥。接纳钢骨砼结构，一般可比钢结构节约钢材达50％以上。别的，外包砼增加了结构的耐久性和耐火性。与钢筋砼结构相比，由于配置了钢骨，使柱子的承载力大大提高，从而有效地减小柱截面尺寸；钢骨翼缘与箍筋对砼有很好的约束作用，砼的延性得到提高，加上钢骨自己良好的塑性，使柱子具有良好的延性及耗能能力。 
　　由于钢骨砼柱富裕发挥了钢与砼两种质料的特点，具有截面尺寸小，自重轻，延性好以及优越的技术经济指标等特点，如果在高层或超高层钢筋砼结构下部的若干层接纳钢骨砼柱，可以大大减小柱的截面尺寸，显著改进结构的抗震性能。 
　　2.4接纳钢管砼柱
　　钢管砼是由砼填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构质料，是套箍砼的一种特殊形式。由于钢管内的砼受到钢管的侧向约束，使得砼处于三向受压状态，从而使砼的抗压强度和极限压应变得到很大的提高，砼特别是高强砼的延性得到显著改进。同时，钢管既是纵筋，又是横向箍筋，其管径与管壁厚度的比值至少都在90以下，这相当于配筋率至少都在4.6％以上，这远远超出抗震规范［2］对钢筋砼柱所要求的最小配筋率限值。由于钢管砼的抗压强度和变形能力特佳，即使在高轴压比条件下，仍可形成在受压区成长塑性变形的“压铰”，不存在受压区先破坏的问题，也不存在像钢柱那样的受压翼缘屈曲失稳的问题。因此，从包管控制截面的转动能力而言，无需限定轴压比限值［8］。规程［9］规定，钢管砼单肢柱的承载力可按式（3）计算： 
　　N≤φ1φeN0（3） 
　　式中，； 
　　θ=faAa／fcAc称为套箍指标，0.3≤θ≤3； 
　　φ1，φe的物理意义及计算要领见规程。
　　由式（3）可以看出，当选用了高强砼和合适的套箍指标θ后，柱子的承载力可大幅度提高，通常柱截面可比普通钢筋砼柱减小一半以上，消除了短柱并具有良好的抗震性能。