【摘要】在框架設(shè)計(jì)中我們雖然強(qiáng)調(diào)應(yīng)符合“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)原則，盡可能使柱子處于彈性階段，但是實(shí)際上地震作用具有很大不確定性，同時(shí)也不可能絕對(duì)防止在柱中出現(xiàn)塑性鉸。為了使柱子具有安全貯備，還是要保證柱子也有一定的延性。
【關(guān)鍵字】破壞形態(tài)；延性；短柱；軸壓比
在國(guó)內(nèi)外歷次大地震中，由鋼筋混凝土柱破壞造成的震害是很多的，房屋是否能夠壞而不倒，很大程度上與柱的延性好壞有關(guān)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼筋混凝土柱的抗震性能作了大量試驗(yàn)研究，提出了保證柱子延性的設(shè)計(jì)方法及一些構(gòu)造措施。
一、柱子的破壞形態(tài)
柱子的破壞形態(tài)有彎曲破壞、剪切破壞、粘結(jié)破壞三種類型，具體有：
1、彎曲破壞。通常發(fā)生在柱頂或柱底截面。破壞時(shí)壓區(qū)混凝土壓碎、主筋壓屈。受拉鋼筋有時(shí)能達(dá)到屈服，有時(shí)則達(dá)不到屈服。
2、剪切受壓破壞。在荷載作用下，水平彎曲裂縫向斜向發(fā)展，形成斜裂縫。當(dāng)箍筋配置較多時(shí)，斜裂縫不會(huì)迅速開(kāi)展，而是剪壓區(qū)混凝土在彎、剪的共同作用下壓碎。
3、剪切受拉破壞。當(dāng)剪跨比較小且配箍率較低時(shí)，在主筋受拉屈服后，隨著反復(fù)荷載的作用，會(huì)產(chǎn)生一條較寬大的斜裂縫，導(dǎo)致箍筋屈服、柱子剪壞。
4、剪切斜拉破壞。一般發(fā)生在短柱中。斜裂縫往往沿柱子對(duì)角出現(xiàn)，箍筋達(dá)到屈服甚至被拉斷，柱子被剪壞
5、粘結(jié)開(kāi)裂破壞。粘結(jié)破壞有兩種類型，一是由于鋼筋錨固不足被拔出而破壞；另一種是在柱子彎曲裂縫或剪切裂縫出現(xiàn)后，在反復(fù)荷載作用下，沿主筋出現(xiàn)粘結(jié)裂縫，使混凝土沿主筋酥裂脫落導(dǎo)致柱子破壞。
以上破壞形式不同，其對(duì)應(yīng)的極限變形能力也不一樣。比較而言，剪切斜拉破壞和剪切受拉破壞屬于脆性破壞，設(shè)計(jì)中應(yīng)該避免；粘結(jié)破壞延性較差，也應(yīng)當(dāng)避免；彎曲破壞和剪切受壓破壞屬于延性破壞，其延性受到許多因素的影響。
在實(shí)際工程中，柱子的破壞常常是幾種破壞形態(tài)的綜合反映。只是有時(shí)某一種破壞形態(tài)表現(xiàn)的突出一些。
二、影響框架柱延性重要參數(shù)
1、剪跨比λ
剪跨比是影響鋼筋混凝土柱破壞形態(tài)的最重要的因素。剪跨比較小的柱子會(huì)出現(xiàn)斜裂縫而導(dǎo)致剪切破壞。由試驗(yàn)研究有如下規(guī)律：
剪跨比λ＞2時(shí)，稱為長(zhǎng)柱，多數(shù)發(fā)生彎曲破壞，但仍然需要配置足夠的抗剪箍筋。
剪跨比λ＜2時(shí)，稱為短柱，多數(shù)會(huì)出現(xiàn)剪切破壞，但當(dāng)提高混凝土等級(jí)并配有足夠的抗剪箍筋后，可能出現(xiàn)稍有延性的剪切受壓破壞。
剪跨比λ＜1．5時(shí)，稱為極短柱，一般都會(huì)發(fā)生剪切斜拉破壞，幾乎沒(méi)有延性。
抗震規(guī)范中規(guī)定，框架柱的凈高與截面高度比宜大于4。所以，抗震結(jié)構(gòu)中，在確定方案和結(jié)構(gòu)布置時(shí)，就應(yīng)避免短柱，特別是應(yīng)避免在同一層中同時(shí)存在長(zhǎng)柱和短柱的情況，否則需要采取特殊措施，慎重設(shè)計(jì)。
2、軸壓比
軸壓比是影響鋼筋混凝土柱承載力和延性的另一個(gè)重要參數(shù)。大量試驗(yàn)表明，隨著軸壓比的增大，柱的極限抗彎承載力提高，但極限變形能力、耗散地震能量的能力都降低。而且抽壓比對(duì)短柱的影響更大。
大量試驗(yàn)表明，在長(zhǎng)柱中，軸壓比愈大，混凝土壓區(qū)高度愈大，受拉鋼筋屈服的可能性越小，柱子的延性越低。壓彎構(gòu)件會(huì)從大偏壓破壞狀態(tài)向小偏壓破壞過(guò)渡，小偏壓破壞延性很小或者沒(méi)有延性。在短柱中，軸壓比加大也會(huì)改變柱的破壞形態(tài)，會(huì)從剪壓破壞變成脆性的剪拉破壞，破壞時(shí)承載能力突然喪失。長(zhǎng)柱及短柱的試驗(yàn)結(jié)果顯示，軸壓比愈大，塑性變形段愈短，承載能力下降愈快，即延性減小。
3、剪壓比
剪壓比是指截面平均剪應(yīng)力與混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的比值，表達(dá)式為
當(dāng)構(gòu)件的截面尺寸太小或混凝土強(qiáng)度太低時(shí)，按抗剪承載力公式計(jì)算的箍筋數(shù)量會(huì)很多，則箍筋在充分發(fā)揮作用之前，構(gòu)件將過(guò)早呈現(xiàn)脆性斜壓破壞，這時(shí)再增加箍筋用量已沒(méi)有意義。因此，設(shè)計(jì)中應(yīng)限制剪壓比，使箍筋數(shù)量不至于太多，同時(shí)，也可有效地防止斜裂縫過(guò)早出現(xiàn)，減輕混凝土碎裂程度。這實(shí)質(zhì)上也是對(duì)構(gòu)件最小截面尺寸的要求。
剪壓比越大，斜裂縫出現(xiàn)的越早，要求配置的箍筋量也就越多。但是試驗(yàn)表明，當(dāng)配箍率過(guò)高時(shí)，有可能混凝土已經(jīng)破碎而箍筋尚未屈服，箍筋難以發(fā)揮作用。在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)避免這種情況。
三、設(shè)計(jì)中注意問(wèn)題：
1、設(shè)計(jì)中要注意避免短柱的產(chǎn)生。
短柱定義：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中按內(nèi)力計(jì)算值得到的剪跨比Mc/(Vch0)不大于2、反彎點(diǎn)在柱子高度中部、柱凈高與柱截面高度之比Hn/h不大于4。
注意事項(xiàng)：由于實(shí)心磚填充墻對(duì)框架柱的約束，如：框架柱間砌筑不到頂?shù)母魤�、窗間墻以及樓梯間休息平臺(tái)使框架柱變成短柱。計(jì)算時(shí)是否短柱時(shí)沿填充墻平面內(nèi)和平面外的柱子凈高不同，柱子的截面高度選取對(duì)應(yīng)方向截面尺寸，而不是選取柱子截面尺寸最大值。
地震破壞特征：剪切型、脆性破壞。
截面驗(yàn)算：軸壓比限值應(yīng)比一般柱降低0.05，截面組合的剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)滿足規(guī)范要求。
構(gòu)造要求：抗震等級(jí)為一級(jí)時(shí)每側(cè)縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2%；箍筋沿柱子全高加密，間距不應(yīng)大于100mm，宜采用復(fù)合螺旋箍或井字復(fù)合箍，其體積配箍率在6~8度時(shí)不應(yīng)小于1.2%，9度時(shí)不應(yīng)小于1.5%；梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)的體積配箍率不應(yīng)小于上下柱端的較大值（體積配筋率計(jì)算時(shí)，可以計(jì)入在節(jié)點(diǎn)有效寬度范圍內(nèi)梁的縱向鋼筋）。
超短柱：剪跨比小于1.5的要專門研究，如采取增設(shè)交叉斜筋、外包鋼板箍、設(shè)置型鋼或?qū)⒖拐鸨∪鯇愚D(zhuǎn)移到相鄰的一般樓層。
2、防止建筑物扭轉(zhuǎn)
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，盡管角柱軸壓比較小 ，但其在抗扭過(guò)程中作用卻很大 (若角柱先壞 ，整個(gè)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度或強(qiáng)度下降 ，中柱必定依次破壞 )，同時(shí) ，在水平力的作用下 ，角柱軸力的變化幅度也會(huì)很大 ，這樣勢(shì)必要求角柱有較大的變形能力。所以，角柱設(shè)計(jì)時(shí)在承載力和變形能力上都應(yīng)有較多考慮 ，如加大配箍 ，采用密排箍筋柱、鋼管混凝土柱。
3、重視柱子軸壓比
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中 ，柱軸壓比的限值已成為困擾結(jié)構(gòu)工程師的實(shí)際問(wèn)題 ，隨著建筑高度的增加 ，結(jié)構(gòu)下部柱截面也越來(lái)越大 ，而柱的縱向鋼筋卻為構(gòu)造配筋 ，即使采用高強(qiáng)混凝土 ，柱截面也不會(huì)明顯降低。實(shí)際上 ，柱的軸壓比大小 ，直接反映了柱的塑性變形能力 ，而構(gòu)件的變形能力會(huì)極大地影響結(jié)構(gòu)的延性�；炷粱纠碚撝赋� :混凝土構(gòu)件的曲率延性 ，即彎曲變形能力主要取決于截面的相對(duì)受壓區(qū)高度和受壓區(qū)邊緣混凝土的極限變形能力。相對(duì)受壓區(qū)高度主要取決于軸壓比、配筋等 ，混凝土的極限變形能力主要取決于箍筋的約束程度 ，即箍筋的形式和配箍特征值 (λ =ρｆｙ ｆｃ)。因此 ，為了增大柱在地震作用下的變形能力 ，控制柱的軸壓比和改善配箍具有同樣的意義 ，因而采用密排螺旋箍筋柱或鋼管混凝土均可以提高柱軸壓比的限值。
4、注意強(qiáng)柱弱梁
延性框架設(shè)計(jì)的基本原則之一是“強(qiáng)柱弱梁”。從抗彎角度來(lái)講，要求柱端截面的屈服彎矩要大于梁端截面的屈服彎矩，使塑性鉸盡可能出現(xiàn)在梁的端部，從而形成強(qiáng)柱弱梁。在梁端出現(xiàn)塑性鉸，一方面框架結(jié)構(gòu)不會(huì)變成機(jī)構(gòu)，而且塑性鉸的數(shù)目多，消耗地震能的能力強(qiáng)；另一方面，受彎構(gòu)件具有較高的延性，結(jié)構(gòu)的延性有保障。
在地震作用下，對(duì)于強(qiáng)柱弱梁型結(jié)構(gòu)，塑性鉸首先出現(xiàn)在梁中，當(dāng)部分梁端甚至全部梁端均出現(xiàn)塑性鉸時(shí)，結(jié)構(gòu)仍能繼續(xù)承受外荷載，而只有當(dāng)柱子底部也出現(xiàn)塑性鉸時(shí)，結(jié)構(gòu)才達(dá)到破壞。
由此可知，柱中出現(xiàn)塑性鉸，不易修復(fù)而且容易引起結(jié)構(gòu)倒塌；而塑性鉸出現(xiàn)在梁端，卻可以使結(jié)構(gòu)在破壞前有較大的變形，吸收和耗散較多的地震能量，因而具有較好的抗震性能。
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