2.2 采用分體柱
由于短柱的抗彎承載力比抗剪承載力要大得多,在
地震作用下往往是因剪壞而失效,其
抗彎強(qiáng)度不能完全發(fā)揮。因此,可人為地削弱短柱的抗彎
強(qiáng)度,使抗彎強(qiáng)度相應(yīng)于或略低于
抗剪強(qiáng)度,這樣,在地震作用下,柱子將首先達(dá)到抗彎強(qiáng)度,從而呈現(xiàn)出延性的破壞狀態(tài)。
人為削弱抗彎強(qiáng)度的方法,可以在柱中沿豎向設(shè)縫將短柱分為2或4個柱肢組成的分體柱,分體柱的各柱肢分開配筋。在組成分體柱的柱肢之間可以設(shè)置一些連接鍵,以增強(qiáng)它的初期剛度和后期耗能能力。一般,連接鍵有通縫、預(yù)制分隔板、
預(yù)應(yīng)力摩擦阻尼器、素砼連接鍵等形式。
對分體柱工作性態(tài)的理論分析和試驗(yàn)研究表明[3~4]:采用分體柱的方法雖然使柱子的抗剪承載力基本不變,抗彎承載力稍有降低,但是使柱子的
變形能力和延性均得到顯著提高,其破壞形態(tài)由剪切型轉(zhuǎn)化為
彎曲型,從而實(shí)現(xiàn)了短柱變“長柱”的設(shè)想,有效地改善了短柱尤其是剪跨比λ≤1.5的超短柱的抗震性能。分體柱方法已在實(shí)際工程中得到應(yīng)用[5]。2.3 采用鋼骨砼柱
鋼骨砼柱由鋼骨和外包砼組成。鋼骨通常采用由
鋼板焊接拼制或直接扎制而成的工字形、口字形、十字形截面。
與
鋼結(jié)構(gòu)相比,鋼骨砼柱的外包砼可以防止
鋼構(gòu)件的局部
屈曲,提高柱的整體剛度,顯著改善鋼構(gòu)件出
平面扭轉(zhuǎn)屈曲性能,使
鋼材的強(qiáng)度得以充分發(fā)揮。采用鋼骨砼結(jié)構(gòu),一般可比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)約鋼材達(dá)50%以上[6]。此外,外包砼增加了結(jié)構(gòu)的
耐久性和
耐火性。與鋼筋砼結(jié)構(gòu)相比,由于配置了鋼骨,使柱子的承載力大大提高,從而有效地減小柱截面尺寸;鋼骨翼緣與箍筋對砼有很好的約束作用,砼的延性得到提高,加上鋼骨本身良好的
塑性,使柱子具有良好的延性及耗能能力。
由于鋼骨砼柱充分發(fā)揮了鋼與砼兩種材料的特點(diǎn),具有截面尺寸小,自重輕,延性好以及優(yōu)越的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等特點(diǎn),如果在高層或超高層鋼筋砼結(jié)構(gòu)下部的若干層采用鋼骨砼柱,可以大大減小柱的截面尺寸,顯著改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。
2.4 采用鋼管砼柱
鋼管砼是由砼填入薄壁圓形鋼管內(nèi)而形成的組合
結(jié)構(gòu)材料,是套箍砼的一種特殊形式。由于鋼管內(nèi)的砼受到鋼管的側(cè)向約束,使得砼處于三向受壓狀態(tài),從而使砼的
抗壓強(qiáng)度和極限壓應(yīng)變得到很大的提高,砼特別是高強(qiáng)砼的延性得到顯著改善。同時,鋼管既是縱筋,又是橫向箍筋,其管徑與管壁厚度的比值至少都在90以下,這相當(dāng)于配筋率至少都在4.6%以上,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過抗震規(guī)范[2]對鋼筋砼柱所要求的最小配筋率限值。由于鋼管砼的抗壓強(qiáng)度和變形能力特佳,即使在高軸壓比條件下,仍可形成在受壓區(qū)發(fā)展塑性變形的“壓鉸”,不存在受壓區(qū)先破壞的問題,也不存在像鋼柱那樣的受壓翼緣屈曲失穩(wěn)的問題。因此,從保證控制截面的轉(zhuǎn)動能力而言,無需限定軸壓比限值[8]。規(guī)程[9]規(guī)定,鋼管砼單肢柱的承載力可按式(3)計算:
N≤φ1φeN0(3)
式中,;
θ=faAa/fcAc稱為套箍指標(biāo),0.3≤θ≤3;
φ1,φe的物理意義及計算方法見規(guī)程[9]。
由式(3)可以看出,當(dāng)選用了高強(qiáng)砼和合適的套箍指標(biāo)θ后,柱子的承載力可大幅度提高,通常柱截面可比
普通鋼筋砼柱減小一半以上,消除了短柱并具有良好的抗震性能。
3 小 結(jié)
1確定是不是短柱不宜按H/h≤4來判別,而應(yīng)按剪跨比λ=M/Vh≤2來判別。一般情況下,可采用本文式(2)來判別。當(dāng)需要初步判別是否屬于短柱時,可先按D值法確定反彎點(diǎn)高度比yn,然后按本文式(2)來判別。
2當(dāng)按剪跨比λ判定柱子不是短柱時,按一般框架柱的抗震要求采取構(gòu)造措施即可;確為短柱,就應(yīng)當(dāng)盡量提高短柱的承載力,減小短柱的截面尺寸,采取各種有效措施提高短柱的延性,改善短柱的抗震性能。使用復(fù)合螺旋箍筋,采用分體柱技術(shù)均可有效地改善短柱的抗震性能;采用鋼骨砼、鋼管砼等新結(jié)構(gòu),可顯著提高柱的承載力,減小柱截面尺寸,避免在結(jié)構(gòu)下部出現(xiàn)短柱尤其是超短柱。因此,在高層建筑抗震設(shè)計中應(yīng)根據(jù)工程的具體情況,盡量采用上述新結(jié)構(gòu)、新技術(shù),來避免短柱脆性破壞問題的發(fā)生。
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