1 　短柱的正確判定
根據(jù)規(guī)程規(guī)定, 柱凈高H 與截面高度h 之比H/ h ≤4 為短柱, 工程界許多工程技術(shù)人員也都據(jù)此來判定短柱。因為確定是不是短柱的參數(shù)是柱的剪跨比λ, 只有剪跨比λ=M/ Vh ≤2 的柱才是短柱,而柱凈高與截面高度之比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 來判定的主要依據(jù)是: ①λ= M/ Vh ≤2 ; ②考慮到框架柱反彎點大都靠近柱中點, 取M = 0.15VH , 則λ=M/ Vh = 0.15VH/ Vh = 0.15H/ h ≤2 , 由此即得H/ h ≤4。但是, 對于高層建筑, 梁、柱線剛度比較小,特別是底部幾層, 由于受柱底嵌固的影響且梁對柱的約束彎矩較小, 反彎點的高度會比柱高的一半高得多, 甚至不出現(xiàn)反彎點, 此時不宜按H/ h ≤4 來判定短柱, 而應(yīng)按短柱的力學(xué)定義- - 剪跨比λ=M/ Vh≤2 來判定才是正確的?？蚣苤姆磸濣c不在柱中點時, 柱子上、下端截面的彎矩值大小就不一樣, 即Mt ≠Mb 。因此,框架柱上、下端截面的剪跨比大小也是不一樣的,即λt =Mt/ Vh ≠λb =Mb/ Vh 。此時, 應(yīng)采用哪一個截面的剪跨比來判斷框架柱是不是屬于短柱呢? 筆者認(rèn)為, 應(yīng)該采用框架柱上、下端截面中剪跨比的較大值, 即取λ= max (λt , λb) 。其理由如下: 框架柱的受力情況有如一根受有定值軸壓力的連續(xù)梁,柱高Hn 相當(dāng)于連續(xù)梁的剪跨a , 已有的試驗研究結(jié)果表明: 對于剪跨a 不變的連續(xù)梁, 當(dāng)截面上、下配置的縱筋相同時, 剪切破壞總是發(fā)生在彎矩較大的區(qū)段; 對于框架柱, 臨界斜裂縫也總是發(fā)生在彎矩較大的區(qū)段。事實上, 在柱高Hn 或連續(xù)梁剪跨a 的范圍內(nèi),最大剪跨比是出現(xiàn)在彎矩較大區(qū)段上的。鋼筋混凝土構(gòu)件的抗剪承載力是隨剪跨比λ增大而降低的。所以, 同樣條件下, 彎矩較大區(qū)段的截面抗剪承載力要比彎矩較小區(qū)段的小, 在荷載作用下, 如果發(fā)生剪切破壞, 就只能是在彎矩較大區(qū)段上。用來判斷框架柱是否屬于短柱的剪跨比λ當(dāng)然應(yīng)是可能發(fā)生剪切破壞截面的剪跨比λ。一般情況下, 在高層建筑的底部幾層, 框架柱的反彎點都偏上, 即Mb > Mt 。此時, 可按式(1)判定短柱:Hn/ h ≤2/ yn (1)式中　yn —n 層柱的反彎點高度比, 根據(jù)幾何關(guān)系,可得: yn = 1/ (1 +Ψ) , 其中, Ψ =Mt/Mb , 0 ≤Ψ ≤1 ;Hn —n 層柱的凈高。式(1) 具有一般性。當(dāng)反彎點在柱中點時,Ψ = 1 , yn = 015 , 式(1) 即成為Hn/ h ≤4 ; 當(dāng)反彎點在柱上端截面時, Ψ = 0 , yn = 1 , 式(1) 即成為Hn/ h ≤2 ; 如果框架柱上不出現(xiàn)反彎點, 就應(yīng)采用最大彎矩作用截面的剪跨比λ=M/ Vh ≤2 來判斷短柱。當(dāng)需要初步判斷框架柱是否屬于短柱時, 可先按D 值法確定柱子的反彎點高度比yn , 然后按式(1) 判斷短柱。在施工圖設(shè)計階段, 可根據(jù)電算結(jié)果作進一步判斷。
2 　改善短柱抗震性能的措施
2.1 　使用復(fù)合螺旋箍筋
高層建筑框架柱的抗剪能力是應(yīng)該滿足剪壓比限值和”強剪弱彎”要求的, 柱端的抗彎承載力也是應(yīng)該滿足”強柱弱梁”要求的。對于短柱, 只要符合”強剪弱彎”和”強柱弱梁”的要求, 是能夠做到使其不發(fā)生剪切型破壞的。因此, 使用復(fù)合螺旋箍筋來提高柱子的抗剪承載力, 改善對混凝土的約束作用, 能夠達到改善短柱抗震性能的目的。
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, 其抗彎強度不能完全發(fā)揮。因此, 可人為地削弱短柱的抗彎強度, 使抗彎強度相應(yīng)于或略低于抗剪強度, 這樣, 在地震作用下, 柱子將首先達到抗彎強度, 從而呈現(xiàn)出延性的破壞狀態(tài)。人為削弱抗彎強度的方法, 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, 以增強它的初期剛度和后期耗能能力。
2.3 　采用鋼骨混凝土柱
鋼骨混凝土柱由鋼骨和外包混凝土組成。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, 鋼骨混凝土柱的外包混凝土可以防止鋼構(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, 使鋼材的強度得以充分發(fā)揮。采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu), 一般可比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)約鋼材達50 %以上。
3 常用的加固設(shè)計思路及具體加固措施
(1)針對抗震鑒定結(jié)論,根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)不同體系及不同特點,在抗震加固時宜從以下幾個方面來考慮具體的加固方法: 對于原有結(jié)構(gòu)體系存在明顯不合理的情況,條件許可時可采用增設(shè)構(gòu)件的方法予以改善,否則采取能同時提高承載力和變形能力的方法,使整體抗震能力滿足要求; 對于需要提高承載力或結(jié)構(gòu)整體剛度的情況,可以增設(shè)構(gòu)件,擴大原截面,設(shè)置套箍等方法;對于結(jié)構(gòu)的整體性連接不符合抗震要求的情況,可以以提高變形能力為思路;對于局部構(gòu)造不符合要求時, 可進行局部處理或改變傳力途徑,使地震作用由增設(shè)的構(gòu)件承擔(dān),從而保護局部薄弱構(gòu)件;對于次要的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件不符合抗震要求的情況,可僅對可能倒塌傷人的部位加以處理。(2)多層磚混結(jié)構(gòu),在鑒定時容易出現(xiàn)很多明顯或不太明顯的不滿足要求的現(xiàn)象,如結(jié)構(gòu)體系不是很明確,傳力路線不清晰; 結(jié)構(gòu)整體性差, 連接薄弱; 橫墻間距過大, 不滿足規(guī)范要求,承載力不足;房屋寬度不滿足要求;窗間墻長度不夠等。
根據(jù)以上思路, 對于多層磚混結(jié)構(gòu), 常用的加固措施可采用以下幾種:①減層降高(磚混結(jié)構(gòu)抗震的主要構(gòu)件就是磚墻,而磚墻本身存在抗剪差、變形小、延性差的缺點,地震中易于破壞。隨房屋層數(shù)增加及高度增大,地震反應(yīng)也隨之加劇);②設(shè)置夾板墻(夾板墻可采取單面或雙面加固,有鋼筋網(wǎng)水泥砂漿夾板墻與鋼筋混凝土夾板墻之分。夾板墻與頂棚或樓板要連接, 樓層上、下鋼筋應(yīng)盡量拉通,兩側(cè)與原墻和被加固墻體均要有可靠連接);③磚砌門窗洞口(當(dāng)門窗洞口較多、較大時對建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能削弱過大,封堵原有洞口可以提高其抗震能力);④壓力灌漿(主要是針對磚墻已產(chǎn)生裂縫影響美觀且影響到強度時,可采用水玻璃砂漿等材料進行灌縫修補);⑤壁柱及圈梁(觀澆混凝土附壁柱、圈梁以及內(nèi)墻拉桿形成整體,成為外包框架,即使不設(shè)柱僅設(shè)圈梁,也可大大提高其整體抗震性能);⑥鋼拉桿(主要是對內(nèi)墻需增設(shè)圈梁而無法設(shè)置時,可用鋼拉桿代替圈梁)。
(3)雖然在磚混結(jié)構(gòu)加固設(shè)計及具體施工中有很多可操作的措施, 但是在實際過程中有很多問題需要妥善處理,而這些問題往往在實際設(shè)計與施工過程中被人忽視,如果不加以重視,抗震加固的作用就會被削弱,甚至可能出現(xiàn)更加不利于結(jié)構(gòu)抗震的情況。如:① 圈梁與伸縮縫的處理( 后加圈梁在伸縮縫處應(yīng)斷開, 保證伸縮縫的作用,同時在縫兩側(cè)分別閉合,方能達到抗震目的) ;②后加壁柱的鋼筋搭接(后加壁柱必須設(shè)基礎(chǔ), 伸出的主筋不應(yīng)斷在同一截面上,搭接長度也應(yīng)滿足規(guī)范要求);③避免破壞或損壞原有結(jié)構(gòu)(在加固施工中對原有墻體及各部分結(jié)構(gòu)應(yīng)避免或減少損傷,特別穿樓板或砌體開孔,應(yīng)鑿洞或打眼,不得破壞原有鋼筋,且砌體開孔應(yīng)盡量減少震動) ;④新舊墻體接槎處理(新舊墻體、混凝土接槎部位,應(yīng)先用清水清洗干凈, 施工后加強養(yǎng)護,以保證新老結(jié)構(gòu)形成整體) 。
4　結(jié)束語
我國是世界上地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一;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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文章來源： 永年加固公司
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