【關(guān)鍵字】破壞形態(tài)；延性；短柱；軸壓比  

　　在國內(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)。近年來國內(nèi)外對鋼筋混凝土柱的抗震性能作了大量試驗研究，提出了保證柱子延性的設計方法及一些構(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。破壞時壓區(qū)混凝土壓碎、主筋壓屈。受拉鋼筋有時能達到屈服，有時則達不到屈服。 

　　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。當箍筋配置較多時，斜裂縫不會迅速開展，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。當剪跨比較小且配箍率較低時，在主筋受拉屈服后，隨著反復荷載的作用，會產(chǎn)生一條較寬大的斜裂縫，導致箍筋屈服、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角出現(xiàn)，箍筋達到屈服甚至被拉斷，柱子被剪壞 

　　5、粘結(jié)開裂破壞。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致柱子破壞。 

　　以上破壞形式不同，其對應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，設計中應該避免；粘結(jié)破壞延性較差，也應當避免；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出現(xiàn)斜裂縫而導致剪切破壞。由試驗研究有如下規(guī)律： 

　　剪跨比λ＞2時，稱為長柱，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，稱為短柱，多數(shù)會出現(xiàn)剪切破壞，但當提高混凝土等級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，稱為極短柱，一般都會發(fā)生剪切斜拉破壞，幾乎沒有延性。 

　　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，就應避免短柱，特別是應避免在同一層中同時存在長柱和短柱的情況，否則需要采取特殊措施，慎重設計。 

　　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重要參數(shù)。大量試驗表明，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。而且抽壓比對短柱的影響更大。 

　　大量試驗表明，在長柱中，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)件會從大偏壓破壞狀態(tài)向小偏壓破壞過渡，小偏壓破壞延性很小或者沒有延性。在短柱中，軸壓比加大也會改變柱的破壞形態(tài)，會從剪壓破壞變成脆性的剪拉破壞，破壞時承載能力突然喪失。長柱及短柱的試驗結(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力與混凝土軸心抗壓強度的比值，表達式為 

　　當構(gòu)件的截面尺寸太小或混凝土強度太低時，按抗剪承載力公式計算的箍筋數(shù)量會很多，則箍筋在充分發(fā)揮作用之前，構(gòu)件將過早呈現(xiàn)脆性斜壓破壞，這時再增加箍筋用量已沒有意義。因此，設計中應限制剪壓比，使箍筋數(shù)量不至于太多，同時，也可有效地防止斜裂縫過早出現(xiàn)，減輕混凝土碎裂程度。這實質(zhì)上也是對構(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。但是試驗表明，當配箍率過高時，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。在設計中應當避免這種情況。 

　　三、設計中注意問題： 

　　1、設計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)力計算值得到的剪跨比Mc/(Vch0)不大于2、反彎點在柱子高度中部、柱凈高與柱截面高度之比Hn/h不大于4。 

　　注意事項：由于實心磚填充墻對框架柱的約束，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使框架柱變成短柱。計算時是否短柱時沿填充墻平面內(nèi)和平面外的柱子凈高不同，柱子的截面高度選取對應方向截面尺寸，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。 

　　截面驗算：軸壓比限值應比一般柱降低0.05，截面組合的剪力設計值應滿足規(guī)范要求。 

　　構(gòu)造要求：抗震等級為一級時每側(cè)縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2%；箍筋沿柱子全高加密，間距不應大于100mm，宜采用復合螺旋箍或井字復合箍，其體積配箍率在6~8度時不應小于1.2%，9度時不應小于1.5%；梁柱節(jié)點核芯區(qū)的體積配箍率不應小于上下柱端的較大值（體積配筋率計算時，可以計入在節(jié)點有效寬度范圍內(nèi)梁的縱向鋼筋）。 

　　超短柱：剪跨比小于1.5的要專門研究，如采取增設交叉斜筋、外包鋼板箍、設置型鋼或?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)設計中，盡管角柱軸壓比較小 ，但其在抗扭過程中作用卻很大 (若角柱先壞 ，整個結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度或強度下降 ，中柱必定依次破壞 )，同時 ，在水平力的作用下 ，角柱軸力的變化幅度也會很大 ，這樣勢必要求角柱有較大的變形能力。所以，角柱設計時在承載力和變形能力上都應有較多考慮 ，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)設計中 ，柱軸壓比的限值已成為困擾結(jié)構(gòu)工程師的實際問題 ，隨著建筑高度的增加 ，結(jié)構(gòu)下部柱截面也越來越大 ，而柱的縱向鋼筋卻為構(gòu)造配筋 ，即使采用高強混凝土 ，柱截面也不會明顯降低。實際上 ，柱的軸壓比大小 ，直接反映了柱的塑性變形能力 ，而構(gòu)件的變形能力會極大地影響結(jié)構(gòu)的延性。混凝土基本理論指出 :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、注意強柱弱梁 

　　延性框架設計的基本原則之一是“強柱弱梁”。從抗彎角度來講，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，從而形成強柱弱梁。在梁端出現(xiàn)塑性鉸，一方面框架結(jié)構(gòu)不會變成機構(gòu)，而且塑性鉸的數(shù)目多，消耗地震能的能力強；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，對于強柱弱梁型結(jié)構(gòu)，塑性鉸首先出現(xiàn)在梁中，當部分梁端甚至全部梁端均出現(xiàn)塑性鉸時，結(jié)構(gòu)仍能繼續(xù)承受外荷載，而只有當柱子底部也出現(xiàn)塑性鉸時，結(jié)構(gòu)才達到破壞。 

　　由此可知，柱中出現(xiàn)塑性鉸，不易修復而且容易引起結(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。 

　　參考文獻: 

　　[1]黃世敏，楊沈 建筑震害與設計對策中國計劃出版社 

　　[2]周錫元吳育才 工程抗震的新發(fā)展清華大學出版社 

　　[3]GB 50011-2010建筑抗震規(guī)范中國建筑工業(yè)出版社