高层建筑抗震设计短柱

规程[1]和规范[2]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。因为确定是否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大都靠近柱中点，取M=0.5VH，则 λ=M∶Vh=0.5VH∶Vh=0.5H∶h≤2，由此即得H∶h≤4.但是，对于高层建筑，梁、柱线刚度较小，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，而应按短柱的力学定义——剪跨比 λ=M∶Vh≤2来判定才是正确的。

事实上，在柱高Hn或连续梁剪跨a的范围内，最大剪跨比出现在弯矩较大区段。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，如果发生剪切破坏，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当然应是可能发生剪切破坏截面的剪跨比λ 。

1、确定是否短柱不宜按H∶h≤4来判别，而应按剪跨比λ=M∶Vh≤2来判别。

2、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采取构造措施即可；确为短柱，就应当尽量提高短柱的承载力，减小短柱的截面尺寸，采取各种有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。2100433B

另外，诸如图书馆的书库、层高较低的储藏室、高层建筑的地下车库等由于使用荷载大、层高较低，在设计中也不可避免地会出现短柱。众所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱几乎没有延性，在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时，很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌，无法满足“中震可修，大震不倒”的设计准则。为了避免短柱脆性破坏问题在高层建筑中发生，首先要正确判定短柱，然后对短柱采取一些构造措施或处理，提高短柱的延性和抗震性能。

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采取构造措施即可；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，采取各种有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。

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，柱端的抗弯承载力也是应该满足“强柱弱梁”要求的。对于短柱，只要符合“强剪弱弯”和“强柱弱梁”的要求，是能够做到使其不发生剪切型破坏的。

2、采用分体柱。由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多，在地震作用下往往是因剪切而失效，其抗弯强度不能完全发挥。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，在地震作用下，柱子将首先达到抗弯强度，从而呈现出延性的破坏状态。

3、采用钢骨砼柱。钢骨砼柱由钢骨和外包砼组成。钢骨通常采用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。由于钢骨砼柱充分发挥了钢与砼两种材料的特点，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采用钢骨砼柱，可大大减小柱的截面尺寸，显著改善结构的抗震性能。

4、采用钢管砼柱。钢管砼是由砼填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料，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提高，砼特别是高强砼的延性得到显著改善。

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

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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)。