高層建筑中結(jié)構(gòu)柱軸壓比限值的討論

【摘要】在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中大多采用軸壓比來提高柱的延性，然而軸壓比的限值是一項(xiàng)重要的影響因素，在很多建筑中常常會出現(xiàn)軸壓比超限的情況，為此我國也在軸壓比的限值上做出了相應(yīng)的規(guī)范，從而更好的保證在建筑的應(yīng)用。本文對軸壓比限值的影響因素進(jìn)行了分析，同時總結(jié)了超限柱的加固方法。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)柱；軸壓比；措施

引言

高層建筑的發(fā)展已經(jīng)成了一種必然趨勢，并且隨著城市人口的不斷增加，超高層的建筑也越來越多，在高層建筑中，鋼筋混凝土框架和剪力墻結(jié)構(gòu)中框架柱的軸壓比限制問題一直是影響建筑質(zhì)量的重要因素。我國在建筑軸壓比的限制上有著相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在建筑設(shè)計(jì)的過程中需要根據(jù)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，而有些建筑的框架柱的軸壓比限定值通常都是固定的，影響了建筑面積的使用，同時對于結(jié)構(gòu)抗震也有著非常不利的效果。另外，短柱的破壞形式通常為脆性破壞，這種破壞形式是影響鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生坍塌的直接因素。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，要注意控制好軸壓比限制的范圍，從而減少因短柱形成而造成的鋼筋混凝土抗震性能差的現(xiàn)象發(fā)生，對于提高建筑的整體質(zhì)量也有著直接的關(guān)系。

1、軸壓比實(shí)質(zhì)

軸壓比的規(guī)定限制通常設(shè)定為不具體的參數(shù)，以建筑抗震的效果為軸壓力的設(shè)定這。在這里需要注意的是，軸壓比是建筑抗震性能的重要參數(shù)，因此在設(shè)定時需要保證規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。通過實(shí)踐標(biāo)明，軸壓比值越大，建筑中柱的延展性就會越低，尤其是對于短柱的影響要更大一些。柱截面的對稱配筋是一種平衡力的模式，我們在這種條件下可以通過截面內(nèi)里平衡條件可以得出軸壓比對柱截面的混凝土受壓力的大小，軸壓比是受壓過程中大偏心與小偏心之間的界定值。同時，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中框架柱有著三種不同的破壞形式，剪切、粘結(jié)和彎曲等，剪切、粘結(jié)的破壞形式屬于脆性破壞類型，脆性破壞的特點(diǎn)就是沒有延展性，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時，是必須要進(jìn)行避免的。而另一種彎曲的破壞形式屬于延性破壞類型，這種破壞類型相對脆性破壞抗震性要好一些，但是對于規(guī)范中的軸壓比限制，就要使柱盡量保持在處于延性較高的類型中，在進(jìn)行建筑軸壓比設(shè)計(jì)時，盡可能的選擇延性較高的軸壓比，這樣也能提高框架柱的延性從而提高整體的抗震效果。通過實(shí)驗(yàn)可以看出，軸壓比較低時，框架柱的承受變形能力就會相對提高，而軸壓比值較高時，這種能力也會相應(yīng)的有所下降，但是我們在設(shè)定限定值過程中需要以建筑的穩(wěn)定性為基礎(chǔ)，因此承載能力是最關(guān)鍵的因素，這就要求軸壓比限制要保證在不同的環(huán)境下都能夠表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，從而使建筑的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，起到有效的抗震效果。

2、軸壓比的規(guī)范內(nèi)容

我國在很多規(guī)范條例中都明確的指出了軸壓比需要保證的限制，通常高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的軸壓比要相對較小，而規(guī)范的內(nèi)容雖然也有著重要的作用，但是在實(shí)際情況中還需要參考截面形狀的影響，不同的截面形狀采用的軸壓比限制也要有所不同，只有考慮到承載力的形式才能夠更好的設(shè)計(jì)出有效的軸壓比，因此，對于規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)我們也要靈活利用，而不是盲目的“拿來主義”。

3、軸壓比限值的影響因素

3.1剪跨比

大量的試驗(yàn)與研究表明，框架柱的剪跨比λ越大，延性越好，剪跨比λ能夠反映截面上彎曲應(yīng)力與剪切應(yīng)力的比例關(guān)系，當(dāng)λ>2時，框架柱在橫向水平剪力作用下，一般都發(fā)生延性好的彎曲破壞；當(dāng)λ≤2時，框架柱就形成了短柱，這樣柱易發(fā)生剪切破壞。因此，在對軸壓比進(jìn)行限制時應(yīng)考慮剪跨比對柱延性的影響，避免因框架柱形成短柱而發(fā)生脆性破壞。

3.2柱截面形式的影響

由于地震作用是多方向的，因此框架柱截面的形狀，尤其對稱性質(zhì)，對框架柱的延性影響很大。根據(jù)研究知道，延性由大到小的排序是：圓形截面柱、方形截面柱、矩形截面柱、異形截面柱。表明：截面形狀將直接影響柱截面界限破壞時鋼筋和混凝土內(nèi)應(yīng)變、應(yīng)力的分布。另外，截面形狀還將嚴(yán)重影響混凝土受壓邊緣的極限壓應(yīng)變試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值，從而影響到軸壓比限值的標(biāo)準(zhǔn)值。

3.3箍筋的形式與含量

箍筋能改善混凝土的受力性能。特別是能提高混凝土受壓邊緣的最大壓應(yīng)變，約束混凝土的受力變形性能，試驗(yàn)表明，配置箍筋是提高柱子延性的有效措施。其根本原因在于箍筋約束了混凝土的橫向變形，從而提高混凝土的極限變形能力。一般來說，箍筋用量越多，間距越密，對混凝土的約束作用越大。箍筋的形式主要有普通鋼箍、螺旋鋼箍和復(fù)合式鋼箍。從受力效果看，復(fù)合封閉式箍筋較好。

3.4混凝土強(qiáng)度等級

目前我國規(guī)范允許采用的混凝土強(qiáng)度等級已經(jīng)達(dá)到C80。隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高，框架柱可以在不加大截面的情況下減小柱的軸壓比值，但是隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高，混凝土的極限壓應(yīng)變變小，變形能力變差，柱子的破壞也呈脆性破壞。因此，應(yīng)該對高強(qiáng)混凝土的軸壓比限值有更嚴(yán)格的控制。

4、減小柱軸壓比的方法

4.1提高柱的截面尺寸

這是一種比較普遍的方法。但是該方法會加大建筑的重量，增加結(jié)構(gòu)自重，同時占用較多的建筑面積，最突出的問題足造成短柱。

4.2提高混凝土的強(qiáng)度等級

高強(qiáng)混凝土指C50-C80級混凝土。目前多采用C60，若用到更高時，應(yīng)考慮施工條件的可行性。采用此種形式的柱，一般施工較方便，有較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但在延性和降低柱子截面尺寸方面不太令人滿意，特別是隨著混凝土標(biāo)號的提高，其柱子的延性越來越差。

5、已有建筑柱軸壓比超限時的加固方法

5.1增大柱截面

由于柱子的承載力滿足要求，只是柱軸壓比不滿足要求，因此，加大截面時，易采用比原混凝土柱高1--2等級的細(xì)石混凝土，箍筋直徑大于6mm，間距應(yīng)小于100mm，做成封閉箍。如果加大厚度小于等50mm，縱筋直徑采用12mm，間距小于100mm；如果加大厚度大于50mm，縱筋直徑應(yīng)按計(jì)算確定。盡量布置直徑小、間距密的縱筋，這樣，可以限制裂縫的出現(xiàn)及約束混凝土。

5.2鋼板套箍法

如果使用要求，不允許增大柱的截面，可采用鋼板套箍法?；炷林霉堪寮庸毯?，能對其所圍的核心混凝土起到約束作用，使之處于三向受壓，可以提高混凝土的單向抗壓強(qiáng)度和極限壓應(yīng)變。

6、結(jié)語

綜上所述，軸壓比的設(shè)計(jì)不僅需要考慮到不同結(jié)構(gòu)對于限制的影響，還要做好超限時的加固工作，這也是必不可少的重要步驟，而隨著我國高層建筑的不斷增多，軸壓比的設(shè)計(jì)也將會成為一項(xiàng)重要的工作，對于我國未來高層建筑的發(fā)展也將有著重要的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]傅鵬斌，聶堃.高層建筑框架柱軸壓比限值研究[J].山西建筑，2007，33（9）：97-98.

[2]關(guān)宏潔，田晶，王瑜等.高層建筑結(jié)構(gòu)柱軸壓比限值的討論[J].陜西教育（高教），2009，（8）：120.

[3]陳道政，韓立業(yè)，李愛群等.高層建筑結(jié)構(gòu)柱軸壓比限值控制研討[J].建筑科學(xué)，2001，17（4）：32-34.