中文名 | 短柱 | 外文名 | short column |
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定 义 | 净高与截面高度之比不大于4的柱 | 功 能 | 避免发生脆性破坏 |
1.结构错层部位由于错层标高差较小容易产生短柱。
2.层高较小的设备层由于层高限制,容易产生短柱。
3.高层建筑的底层由于轴压比限制,柱截面尺寸比较大,容易产生短柱。
4.与框架结构刚性连接的填充墙设有洞口时,如果填充墙刚度影响到框架柱的受力状态,框架柱净高应去除填充墙高度,因此容易产生短柱。
5.框架结构楼梯间的中间休息平台梁,将框架柱分为上下两段,应分别考虑,也容易产生短柱。
6.采用柱下独立基础或柱下条形基础,基础顶到基础梁这一段,容易产生短柱。2100433B
short column
短柱的概念对短柱进行设计之前,首先要判别哪些柱是短柱或哪种受力状态易形成短柱。在工业与民用建筑的框架、框剪设计中,普遍采用PKPM等设计软件进行设计,但软件设计还不完善,在进行电算时,对短柱不能进行自动判别,因此短柱需要设计人员利用电算结果另行设计。
短柱出现时,可以通过多种方法来提高短柱的承载力或变形能力,使短柱的抗震性能获得提高,从而避免发生脆性破坏,保证结构安全。
房屋建筑中的短柱一般是指,净高与截面高度之比不大于4的柱,包括因嵌砌粘土砖填充墙形成的柱,就是短柱。另一种说法是柱净高和截面高度之比不大于3的柱是短柱。
《混凝土结构设计规范》11.4.11中要求柱的剪跨比宜大于2。
《建筑抗震设计规范》6.3.6、6.3.7及6.3.9中规定剪跨比不大于2的柱应采取的加强措施。
剪跨比=M/Vh0
M--柱上、下端考虑地震组合的弯矩设计值的较大值;
V--与M对应的剪力设计值;
h0--柱截面的有效高度。
实际工程中,应注意由于实心粘土砖填充墙对框架柱的约束,如:框架柱间砌筑不到顶的隔墙、窗间墙以及楼梯间休息平台使框架柱变成短柱。还应注意计算的方向,柱子的截面高度应选取沿填充墙平面内的柱子截面尺寸,而不是选取柱子截面尺寸最大值(尽管这二者有时可能会相同)。
对圆截面钢管短柱外部粘贴的碳纤维增强复合材料(CFRP)进行设计和试验。CFRP能对构件进行加强,除了质量轻,高强CFRP片还能起高度约束作用,从而延缓薄钢壁的屈曲。对10根外贴横向及纵向CFRP片的冷弯型钢管短柱进行轴压试验。结果表明:通过纤维增强,钢管轴向承载力得到提高。评价钢材屈服强度、横向纤维弹性模量、纤维数量及布置对构件的加强效果。基于现有钢柱设计规范,计算可反映组合型钢-CFRP管状短柱承载力的设计曲线。结果表明:在使用纤维增强复合材料(FRP)加强或改进管状柱时,采用这些曲线很方便。
避免短柱效应可于柱墙相接处以伸缩缝预留空隙隔离,即分体柱,使柱子维持原正常设计高度,以符合原设计考虑。
短柱效应则是在设计时易被忽视的一个问题。以窗台为例,发生短柱效应的原因是在设计之初,窗台为非结构墙,在应力分析时未将其考虑在内,把被窗台围束的柱当作一般柱作应力分析而忽略掉该柱真正的高度(短柱刚度大、韧性差),因此每逢地震发生后常造成严重的剪力破坏情形,其破坏形态多为剪切破坏,无明显征兆,一般而言以多层建筑中设置构造柱的楼梯间、宽度较大的窗台等部位最为典型。如同鞭梢效应一样,这也是一种与地震效应密切相关的效应。
短柱效应,一般而言以学校宿舍最为典型;发生短柱效应的原因在设计之初,视窗台为非结构墙,在应力分析时未将其考虑在内,把被窗台围束的柱以一般柱当做应力分析而忽略掉该柱真正的高度(短柱刚度大韧性差)因此每逢地震发生后常造成严重的剪力破坏情形.
一般人会误解为短柱就比较容易受到地震破坏,其实是因为结构技师在设计结构时,未将墙考虑在内,以致於结构设计时柱的长度与实际完成的柱高度有大小的差别,才会有「短柱效应」,事实上只要结构技师在设计结构时有考虑到这个因素就可以避免.
英文名称:Effects of short column
在同一层楼中柱长度原以楼层高度设计,然实际上部分柱子因与窗台短墙相连,受其侧向束制作用影响,使柱子之有效长度减短,以致柱之刚度大为增加。地震来临时,因此短柱之刚度大,而较其它正常柱吸收更大之水平力,引致此短柱剪应力超过负荷而开裂破坏,此效应称为短柱效应。