淺談框架結構柱的軸壓比

楊占強

石家莊安泰建設監理有限公司（050000）

隨著市場經濟的發展和施工技術的不斷提高,高層,超高層建筑如雨后春筍般的出現。由于層數的增加,使柱的軸向力加大 ,在設計鋼筋混凝土框架結構和框剪結構時,經常會遇到柱的軸壓比問題。因此,在鋼筋混凝土框架柱的抗震設計中,應綜合考慮影響柱子延性的各項因素,不應顧此失彼。

1 影響框架柱延性的因素

1.1 框架柱的剪跨比=Hn/2h

試驗結果表明，剪跨比能大體反映出截面上彎曲正應力和剪切應力的比例關系，是決定框架柱延性破壞還是脆性破壞的主導因素。鋼筋混凝土框架柱剪跨比越大,延性越好。在一般配筋情況下,剪跨比大于2時，框架柱在水平剪力下彎曲破壞，對抗震有利；剪跨比小于2時，形成短柱，在水平剪力下剪切破壞。由于剪切破壞主要是斜截面上的彎剪主拉應力引起的，受拉縱筋在破壞時有可能還沒有進人屈服，壓區混凝土存在較大的復合剪應力，加速混凝土的壓潰，使柱子呈脆性破壞,對抗震不利。因此，規范對剪跨比小于2的短柱軸壓比的限值比一般柱子的限值減少0.05。

1.2 箍筋的形式和含量

以提高柱體積配箍率來改善柱軸壓比，要求軸壓比和配箍率及箍筋形式是影響框架柱延性的主要因素。隨著軸壓力的增大，構件的延性在下降。隨著箍筋間距的減小,構件的延性在增加。在地震反復作用下柱端鋼筋保護層往往首先碎落，這時如無足夠的箍筋約束，縱筋就會向外膨出,柱端破壞。箍筋的存在對柱核心混凝土起到有效的約束，限制了橫向變形，從而提高了混凝土的極限變形能力，起到了加強延性的作用。對抗震結構,良好的延性使結構具有較大的塑性變形能力,同時又不喪失豎向承載力。在地震作用下結構構件通過彈塑性變形耗散能量，使結構不倒塌。

1.3 框架柱的截面形狀

框架柱的截面形狀，將直接影響柱截面界限破壞時鋼筋和混凝土內應力應變分布，還將嚴重影響混凝土受壓邊緣的極限壓應變試驗值。已有分析表明,圓形截面柱子軸壓比限值可達1.0以上。

1.4 混凝土強度等級

采用高強混凝土可以在不加大截面的情況下提高軸壓比，但由于現行混凝土設計規范主要是建立在普通混凝土受力性能基礎上的，而高強混凝土由于其低水灰比和多組分的特點，改善了骨料和水泥漿體之間的界面性能,增加離混凝土的密實程度，從而達到高強和耐久。從強度上看，高強混凝土比通常使用的混凝土高出很多。但由于這類混凝土在材料選擇和施工質量控制上，需有嚴格的要求,在材料的性能上呈現顯著的脆性，延性即變形能力降低了。因此高強混凝土柱必須有較高的配筋率,包括較高的最小主筋配筋率和最小箍筋率，尤其在柱端的機密區必須有相當數量的箍筋。

1.5 縱向鋼筋的配筋率

增大縱向鋼筋配筋率,對軸壓比是有利的，在一定程度上能提高框架柱截面的延性。但縱向配筋量達一定值時,對變形能力的提高就很不明顯了,而且縱向鋼筋量過大，容易使柱子產生剪切破壞或粘結破壞，使延性變差。因此,抗震規范 中規定了框架柱的最小配筋率，即考慮了柱的延性。

1.6 外荷載的作用形式

外荷載的作用形式不同，框架柱的破壞形式往往也不同。考慮抗震時，地震作用的大小和方向不同,對鋼筋混凝土框架柱的抗震性能影響是不容忽視的。

1.7 采用鋼骨混凝土柱

采用鋼骨混凝土柱,鋼骨可采用型鋼,也可由鋼板和型鋼通過焊接、鉚接或螺栓連接拼接而成。

由混凝土包裹鋼骨形成的鋼骨混凝土結構，可充分利用兩種材料的強度。該結構與鋼結構相 比具有如下優點∶①外包混凝土防止了鋼骨的局部屈曲,提高構件的整體剛度，使鋼材的強度得以充分利用，節約鋼材；②具有更大的剛度和阻壓,有利于控制結構的變形；③外包混凝土提高了結構的耐火性和耐久性。與鋼筋混凝土結構相比較,鋼骨混凝土結構因配置了鋼骨使構件承載力大為提高，有利于減小構件截面尺寸，同時具有較大的延性和良好的抗震性能。因此，在高層建筑結構底部數層，采用鋼骨混凝土柱可減小柱截面尺寸,增加結構承截力,提高結構抗震性能。

2 結論

大量的試件試驗和研究表明，只要采取一定的措施，如增加配箍率，改進截面形狀和配箍形式,采用小直徑的縱向鋼筋等，即使框架柱的軸壓比超過規范允許的限值,它的延性也是可以保證的。也就是說,現行規范中的軸壓比限值,在一定條件下可以適當放寬。

在鋼筋混凝土框架剪力墻結構中，由于水平剪力主要由剪力墻或筒體承擔，框架柱近似為軸壓構件，作為軸壓構件,理論上是沒有軸壓比問題，只有穩定問題。因此,規范中關于鋼筋混凝土框架剪力墻結構中柱的軸壓比限值可以進一步放寬。如減輕建筑物的恒載和活荷載；可以人為的將柱子留豎縫,使柱的剪跨比大于2,以達到規范的延性要求；允許框架柱的軸壓比超過規范的限值，但不得大于1.05。